Об использовании ферментов пчел в мониторинге загрязнения окружающей среды

Использование пчел в качестве тест-систем в мониторинге окружающей среды было предложено давно. Была подготовлена программа апимониторинга объекта ОХО/УОХО по уничтожению и переработке химического оружия в г. Камбарка (Ломаев, Бондарева, Колбина. АПИ-1).

По этой программе анализируются следующие основные параметры пчел:

• наблюдение за поведенческими реакциями летных и ульевых пчел;
• наблюдение за индивидуальным развитием пчелиной семьи;
• оценка физиологического состояния и продуктивности пчел.

Каждый из предложенных пунктов способен отражать различные стадии загрязнения окружающей среды. Наиболее быстрой ответной реакцией будет реакция ферментных систем и макромолекул. Использование биохимических тест-функций позволит выявить первичные молекулярные механизмы действия веществ-загрязнителей и пути биодетоксикации промышленных ядов, детерминирующие возможность адаптации к ним различных организмов (И. Л. Цветков, С. Л. Зарубин, Г. А.Урванцева, А. С. Коничев, Ю. Б. Филиппович, 1997). Это направление молодое, активно развивающееся в биохимической экологии и токсикологии (Телитченко М. М,1990; Никоноров А. М., Хоружая Т. А, 2003).

Основные проблемы при использовании ферментов в качестве тестобъектов - это дороговизна и сложность проведения анализов. Достоинством данного метода являются высокая чувствительность даже к малым дозам поллютантов и высокая скорость ответной реакции. Поэтому, при исследовании загрязнения окружающей среды, предложенная схема позволит определить малейшие изменения.

Ферментные системы довольно изменчивы. Они меняют свою активность в зависимости от разных факторов: температура, смена пищевого рациона, стресс и др. Динамика изменения активности ферментов пчел довольно хорошо изучена и продолжает изучаться (Кривцов Н. И., Лебедев В. И., Туников Г. М. Пчеловодство.- Москва: «Колос»,1999; Активность каталазы у пчел среднерусской, серой горной кавказской, карпатской пород и их помесей./ Чернов Н. С., Смольникова Е. А.// Новое в науке и практике пчеловодства. Рыбное: ГНУ НИИП Россельхозакадемии, 2003.-106-108 с.).

Проведена работа по изучению влияния малых доз мышьяксодержащих веществ на биохимическую адаптацию пчел. В качестве анализируемых систем выбраны ферменты инвертаза КФ 3.2.1.26 и каталаза КФ 1.11.1.6. Объектом исследования является вид Apis mellifera - пчела медоносная, у которой существует ряд преимуществ при работе (Г. В. Ломаев, Т. Г. Габричидзе, Н. В. Бондарева, Л. М. Колбина, П. А. Третьяков, 2005).

Для проведения опытов использовались пчелы среднерусской породы A. mellifera mellifera, которые наиболее приспособлены к нашему климату. В проекте апимониторинга предусматривается отбор проб пчел, продуктов пчеловодства на наличие мышьяка. Определение мышьяка возможно при достижении его определенной концентрации в исследуемом материале (при этом необходима достаточная его масса или объем). Использование ферментных систем позволит уловить минимальные изменения в окружающей среде. Для проведения опытов нужны пчелы в количестве 100-200 особей. Проведенные эксперименты указывают на необходимость использования оценки изменений в окружающей среде нескольких ферментов и/или их отношений (возможно, необходим вывод некоторых коэффициентов).

Показателями происходящих отклонений является снижение или повышение активностей ферментов - удельная активность субстрата (Диксон, Вебб. Ферменты). В процессе использования ферментов пчел для мониторинга на ранних стадиях следует выяснить корреляцию между количеством мышьяка в природных средах, частях растений, живых организмах.

В ходе проведенных экспериментов мы выясняли чувствительность ферментов пчел к различным концентрациям мышьяка. Были взяты следующие растворы концентрации 0.0026, 0.00536, 0.009, 0.0119 мг/л. Различия видны даже при столь малых концентрациях, хотя ПДКА:. по питьевой воде сопоставима с взятыми концентрациями (0,05 мг/л). Согласно новой классификации, мышьяк относят к суперэкотоксикантам, у которых нет начального порога отрицательного действия. Указанные концентрации вызывают отклонения в активности ферментов по сравнению с контролем, тогда как явных поведенческих изменений не наблюдалось, в том числе, повышенной смертности.

В лабораторных опытах предлагаемые пчелам концентрации мышьяка были увеличены до 20, 30, 40 ПДК по питьевой воде. Наблюдаемые пчелы находились в садках по 30 штук. Элиминация началась только спустя 7 дней. Можно предположить, что таким образом проявляется кумулятивный эффект. Тем более что смерть пчел в контроле наступала хаотично и постепенно, а в опытных группах - практически одновременно. В ходе эксперимента было отмечено, что группа пчел, получающая концентрацию мышьяка в 40 ПДК, берет сироп неохотно и ищет корм в пустых ячейках.

Выводы

Проведенные опыты свидетельствуют о хроническом токсическом действии мышьяка с концентрациями 1,6, 0,9, 0,4 мг/л. При поступлении с сиропом мышьяка в данных концентрациях происходит постепенное накопление токсических эффектов. Пчелы не проявляют явных проявлений токсического эффекта в течение недели. Проявление этологических реакций заключается в неохотном потреблении сиропа с мышьяком, и более вялом общем поведении. Отличительной особенностью явилась гибель всех пчел в один день.

На процесс интоксикации действует эффект группы. Так как пчелы - общественные насекомые, то особи, находящиеся в изоляции, погибают гораздо быстрее. Острый токсический эффект имеет концентрация арсе- ната кальция в 0,68 г/л. Элиминация всех особей происходит через сутки. Постоянное магнитное поле (усиленное относительно земного в 2 раза) усиливает токсический эффект мышьяка. Время гибели при совместном действии мышьяка и магнитного поля составляет 6 часов.