Видовой состав, динамика численности и токсичность цианобактерий шершневского водохранилища (стр. 3 )

Токсичность различных родов цианобактерий

Результаты определения ЛД50 в пробах с разными доминантами представлены в таблице 4.

Таблица 4

Средние значения ЛД50 в пробах с различными доминантами цианобактерий

Доминант	Кол-во проб	ЛД50, 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

При анализе проб, в которых доминировали цианобактерии рода Microcystis, было выявлено, что среднее значения LD50 составило 94 мг/кг, медиана – 87,7 мг/кг, т. е. в среднем пробы с доминированием этих цианобактерий можно отнести к высокотоксичным в соответствии с классификацией ВОЗ.

Цианобактерии Oscillatoria agardhii доминировали в 3 пробах, взятых в сентябре 2007 года. Среднее значение ЛД50 было наименьшим среди исследованных видов – 76 мг/кг, и разброс значений ЛД50 в этих пробах оказался очень незначительным. В связи с этим, в среднем пробы с доминированием цианобактерий вида Oscillatoria agardhii можно отнести к высокотоксичным.

Цианобактерии Anabaena flos-aquae также доминировали всего в трех отобранных нами пробах цианобактерий. Среднее значение ЛД50 составило 177 мг/кг. Однако, две из этих проб были отобраны из областей образования нагонных явлений, численность клеток в воде при этом составляла 4-8 млрд. кл/л. Это свидетельствует о том, что цианобактерии находились в специфических измененных условиях, что могло оказать влияние на их токсичность – за счет выброса токсинов в окружающую среду, самоотравления, снижения функциональной активности и продукции токсинов (ЛД50 в этих пробах составляли 196 и 285 мг/кг – умеренно токсично по классификации ВОЗ). Третья проба цианобактерий с доминированием Anabaena была отобрана в нормальных условиях, в отсутствие нагонных явлений и ЛД50 составила в ней 99,35 мг/кг, что свидетельствует о высокой токсичности. В связи с этим, на основании полученных данных сложно сделать обоснованный вывод о средней токсичности проб цианобактерий при доминировании Anabaena flos-aquae.

Распределение значений ЛД50 в пробах с доминированием цианобактерий Aphanizomenon flos-aquae отличалось от других. На рисунке 6 мы видим наличие отдельных массивов данных, один из которых характеризуется низкой токсичностью, а другой – высокой. При детальном анализе проб было выявлено, что низкая токсичность (ЛД50 выше 300 мг/кг) наблюдается в тех пробах, где присутствуют признаки деградации цианобактерий. Таковыми являлись: полное разрушение трихомов Aphanizomenon flos-aquae на отдельные клетки, случаи регистрации голубой окраски массы цианобактерий при отборе проб, наличие синих гранул в клетках, которые сигнализируют о разрушении пигментного аппарата.

ЛД50, мг/кг

Рис. 6. Распределение ЛД50 (мг/кг) проб цианобактерий Шершневского водохранилища с доминированием цианобактерий Aphanizomenon flos-aquae

Таким образом, можно сделать вывод, что снижение жизнеспособности цианобактерий приводит к уменьшению их токсичности. В связи с этим, мы приняли решение исключить данные пробы из последующего анализа влияния различных факторов на токсичность цианобактерий.

Среднее значение ЛД50 в пробах с отсутствием признаков деградации 86 мг/кг (95% доверительный интервал 67-110 мг/кг), на основании этого пробы цианобактерий с доминированием Aphanizomenon flos-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 117 мг/кг (95% доверительный интервал 93-150 мг/кг). Таким образом, в среднем пробы с доминированием нескольких родов цианобактерий могут быть охарактеризованы по классификации ВОЗ как умеренно токсичные.

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 цианобактерии 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 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 непосредственно в воду.

При проведении регрессионного анализа не было выявлено следующих влияния 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 (P, N, N/P); проточности, численности и биомассы цианобактерий в воде в день отбора; качественного состава концентрированных проб цианобактерий.

При проведении многофакторного дисперсионного анализа была выявлена следующая модель, включающая в себя факторы, оказывающие совместное влияние на токсичность цианобактерий Шершневского водохранилища. Характеристики модели приведены в таблице 5.

Таблица 5

Характеристики модели влияния факторов на ЛД50 цианобактерий Шершневского водохранилища

Фактор	Коэффициент b	Статистика Вальда	Значимость
Солнечная активность	- 0,9 ± 0,5	3,9	0,048
Проточность	1,7·102± 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

Наиболее сильное влияние на токсичность цианобактерий в рамках данной модели оказывает среднемесячная проточность Шершневского водохранилища (статистика Вальда 5,6). Причем повышение проточности оказывает отрицательное влияние на токсичность цианобактерий, что легко объяснимо, т. к. цианобактерии предпочитают условия с низким водообменом.

Примерно одинаковыми по силе влияния на токсичность являются факторы солнечной активности и количества солнечных дней (средние за неделю до отбора пробы цианобактерий показатели), статистика Вальда составила 3,9 и 3,8 соответственно. Оба эти фактора оказывают положительное влияние на токсичность. Это вполне согласуется с литературными данными о том, что на пиках солнечной активности происходят всплески токсичности цианобактерий и возникновения случаев отравления людей и животных (Toxic cyanobacteria in water, 1999).

Таким образом, при проведении многофакторного анализа было выявлено, что оптимальными условиями для продукции токсинов цианобактериями Шершневского водохранилища является установление солнечной погоды в сочетании с высокой солнечной активностью и низкой проточностью.

Содержание микроцистина в воде Шершневского водохранилища

Оценку содержания микроцистина в воде Шершневского водохранилища проводили с июня по сентябрь гг. Методом непрямого иммунносорбентного анализа определяли концентрацию внутриклеточного микроцистина в пробах воды. В таблице 6 представлены результаты анализа.

Таблица 6

Содержание микроцистина в воде Шершневского водохранилища летом

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 распределением (D критерий Колмогорова-Смирнова = 0,15; р ≥ 0,1). Среднее значение содержания микроцистина в воде за весь период исследований составило 0,4 мкг/л (95% доверительный интервал 0,2-0,9 мкг/л).

Содержание микроцистина летом гг. характеризовалось значительной неравномерностью. При доминировании цианобактерий родов Anabaena и Aphanizomenon концентрация микроцистина в воде не превышала 1 мкг/л (уровень, рекомендованный ВОЗ в качестве ПДК микроцистина 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 микроцистин синтетазы либо отсутствует в популяции Anabaena flos-aquae Шершневского водохранилища, либо не экспрессируется.