Лабораторна робота № вивчення токсичності пестицидів

Мета: Вивчення токсичної дії пестицидів на біоценоз екосистем.

Питання для самоконтролю:

1. В чому полягає механізм токсичної дії фосфорорганічних та хлорорганічних пестицидів?

2. Що означає коефіцієнт накопичення пестициду?

3. Порівняйте персистентність і кумулятивність ХОС і ФОС.

4. Чому використання рослинних тест-об'єктів є чутливим індикатором впливу пестицидів?

Основні завдання роботи

Порівняти токсичний вплив різних класів отрутохімікатів на водні екосистеми

1. Охарактеризувати етапи перетворення пестицидів в про­цесі метаболізму

2. Провести біотест на токсичність за зміною довжини корінців салату посівного Lactuca sativa L.

Основні теоретичні відомості Токсичний вплив пестицидів на екосистеми

У сільському господарстві застосовується отрутохімікати, що відносяться до різних класів хімічних сполук: з вмістом арсену (арсеніт натрію, паризька зелень й ін.); хлорорганічні (гексахлоран, алдрин, хлордан та інші); фосфорорганічні (метилмеркаптофос, хлорофос, карбофос, тіофос, метафос, метилнітрофос), сіркоорганічні (каптан, тетраметилтіурамди-сульфіт й ін.); ртутьорганічні (гранозан, меркузан й ін.); похідні карбамінової кислоти (севін, авадекс); похідні феноксиоцтової кислоти (2,4-Д; 2,4,5-Т) похідні нітрофенолу (ДНОК, нітро-фенол); солі важких металів (барій хлористий, мідь сірчанокисла й ін.); алкалоїди (нікотин сірчанокислий, анабазин сірчанокислий й ін.) та інші сполуки.

Завдяки персистентності й кумулятивним властивостям ряду пестицидів вони можуть накопичуватися в об'єктах навколишнього середовища в значних кількостях.

Під впливом зовнішніх умов вони можуть змінюватися й утворювати метаболіти, у результаті чого навіть порівняно малотоксичні отрути можуть перетворюватися в сильнотоксичні сполуки. Наприклад, хлорофос у лужному середовищі перетворюється у високотоксичний диметилдихлорвінілфосфат (ДДВФ). Алдрин перетворюється в дилдрин. Через кілька років після обробки алдрином ґрунт містить його метаболіт – дилдрин, причому в 6-12 разів більше, ніж було внесено спочатку алдрина. Крім того, дилдрин повільніше розкладається, чим алдрин. Так само гептахлор перетворюється в епоксид.

Найважливішою складовою частиною зовнішнього середовища є водойми. У них використовується вода, що йде на виробничі й побутові потреби населення. Продукція водоймищ використовується харчовою промисловістю в усіх зростаючих кількостях. Основним джерелом забруднення водоймищ пестицидами є стік талих, дощових і ґрунтових вод з оброблених площ. Пестициди можуть попадати у водоймища при зносі їх повітряною хвилею під час обробки об'єктів, що перебувають поблизу водоймищ, або при внесенні їх у воду як інсектициди з метою знищення розвитку водних фаз крововисмоктуючих комах. В останні роки особливо посилено використовується способи впливу на водне середовище з метою виборчої елімінації певних гідробіонтів. Для цього застосовують альгіциди, гербіциди, іхтиоциди, молюскоциди, бактерициди й ін. пестициди. Потрапивши у водойму, пестициди надалі можуть, включатися в трофічні ланцюги й кругообмін речовин.

У результаті циркуляції пестицидів у водоймища вони можуть накопичуватися в рибі, мулі, ґрунтах, зоофітопланктоні, водоростях і водяних рослинах. Відомо, що хлорорганічні пестициди кумулються в рибі в основному у вісцеральному жирі й пилоричних придатках; зябра й м'язи містять менше отрутохімікатів. Надалі в міру споживання жиру, наприклад, під час міграції або зимівлі, отрута може попадати в більш чутливі органи й бути причиною отруєння. Варто помітити, що токсична дія хлорорганічних пестицидів на риб проявляється незалежно від температури води.

При характеристиці ступеня кумуляції пестициду при переході з одного середовища в інше визначається коефіцієнт накопичення як відношення концентрації пестициду в середовищі до концентрації його у воді. Таким чином, у результаті широкого застосування стійких і здатних до кумулювання пестицидів ними забруднюються водоймища (мул, флора, фауна). При переході пестицидів з води в інші ланки біологічного ланцюга збільшується їхній вміст у сотні й навіть тисячу разів. Риба з таких водойм становить потенційну небезпеку для людини при вживанні її в їжу. Виняткова небезпека пестицидів для прісних вод визначається тим. що вони токсичні для гідробіонтів при малих концентраціях, особливо при хронічних впливах; схильні накопичуватися водними тваринами; передаються по трофічних ланцюгах; мають особливу виборчу активність стосовно відтворювальної системи водних тварин.

Найбільш токсичні для водної фауни хлорорганічні сполуки, особливо ендрин, дилдрин, алдрин, ДДТ, гептахлор, хлордан, метоксихлор, линдан.

За останні роки в сільському господарстві в значних кількостях стали застосовувати складні ефіри фосфорних, особливо фосфорної, тіо- і дитіофосфорних кислот. Всі ці сполуки називаються фосфорорганічними (ФОС). Вони менш токсичні для риб. Дослідження токсичності багатьох фосфорорганічних сполук дозволили встановити деякі закономірності, що стосуються залежності токсичності цих речовин від хімічної будови. Було встановлено, що токсичність препаратів зменшується при заміні в радикалах етильньїх груп метальними, однак інсектицидна й акарицидна активність речовин майже не знижується. Тому для риб безпечне застосування таких речовин, як метилпаратион, хлортион, диптерекс, резистокс.

Більшість гербіцидів малотоксичні для риб, однак динитрофенолові сполуки, хлоровані бензоли токсичні.

Фосфорорганічні сполуки мають малу хімічну стійкість. Швидкість гідролізу ефірів фосфорних кислот залежить як від рН середовища, так і від температури. При підвищенні температури на 10° швидкість розкладання фосфорорганічних сполук у воді зростає в 3-4 рази.

Як правило, при температурі ґрунту й води 25-3 5°С розкладання ФОС практично може закінчитися через декілька діб. Більшість фосфорорганічних сполук руйнується при приготуванні та термічні обробці їжі і при цьому не залишається отруйних залишків, які могли б становити небезпеку для людини.

Більшість вивчених фосфорорганічних сполук не мають виражену здатність до кумуляції. Однак необхідно підкреслити, що при тривалому впливі їх може відбуватися нагромадження ефекту й розвиток інтоксикації (функціональна кумуляція).

Провідною ланкою в механізмі токсичної дії фосфорорганічних пестицидів є пригнічення активності холінестерази крові й тканин. По пригніченню активності холінестерази можна судити про ступінь отруєння ФОС. При пригніченні холінестерази на 20-30% – легкий ступінь отруєння, на 50-60% – середній ступінь отруєння й при пригніченні холінестерази на 80% і більше – важкий ступінь отруєння. Пригнічення активності холінестерази пов'язане з фосфорилюванням її аніонного й естеразного центра, що позбавляє фермент реакційної здатності. У результаті накопичується ацетилхолін, що приводить спочатку до збудження, а потім викликає повний блок холінергичних систем. Токсичність хлор- і фосфорорганічних сполук у багатьох випадках перевершує токсичність найбільш отруйних сполук неорганічної природи. Слід також зазначити, що гідробіонти, у першу чергу риби, менш стійкі до пестицидів, ніж ссавці.

Токсичний вплив пестицидів на риб виявляється як у прямій токсичній дії, так й у непрямій – у зміні екологічних умов водоймищ (зниження вмісту розчиненого у воді кисню нижче граничних величин, поступового забруднення водоймищ внаслідок відмирання вищих водяних рослин й водоростей, появи нітритів, надлишкової вуглекислоти й сірководню). Зміна сапрофітної мікрофлори і зоопланктону також вказує на зміни в біотичному середовищі перебування риб.