БИОТЕСТИРОВАНИЕ ДЕТЕРГЕНТА PLD- COSB: токсичность для Vigna radiata

БИОТЕСТИРОВАНИЕ ДЕТЕРГЕНТА PLD- COSB: токсичность для Vigna radiata

Опубликовано в категориях: Научные публикции, Публикации секции гидробиологии и ихтиологии Просмотров: 657

УДК 504.06.

С.Цай, С.А. Остроумов

Bioassay of detergent PLD- COSB: toxicity to  Vigna radiata

X.Cai , S.A. Ostroumov

Биологический факультет, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Ленгоры, Москва 119991, Российская Федерация (Faculty of Biology, Lomonosov Moscow State University, Moscow 119991, Russian Federation);

Shenzhen MSU-BIT University, Shenzhen,  China;

ABSTRACT

The phytotoxicity of detergent PLD- COSB was tested using the plant Vigna radiata. The germination and the root elongation (RE) of the targeted plant species  were measured. In this paper, the results of the measurements  after 24 hours  of exposure to the chemical are presented.

Inhibition of the germination and the root growth of the plant seedlings was discovered.  At the concentration 5%, no germination and no growth were observed.    After 24-hour incubation at a concentration of the studied chemical of 0.5%, the average root length was 4.41 ± 0.24 mm compared to 6.80 ± 0.25 mm in the control (mean ± standard error). As for the germination of the seeds, at a concentration of 0.5%, it was 83.33% as compared to 96.67% in control.

KEYWORDS: bioassay, antiseptics, surfactants, phytotoxicity, phytotest, ecotoxicology, Lens culinaris,

АННОТАЦИЯ.  Выявлена фитотоксичность детергента PLD- COSB. Биотестирование проводили  с использованием растения Vigna radiata. Измеряли Прорастание семян и удлинение корней (RE) проростков растений. В  статье представлены результаты измерений после 24 часов  воздействия тестированного вещества. Выявлено подавление прорастания семян и угнетение роста корней проростков растений. При концентрации 5% прорастания и роста не наблюдалось. После 24-часовой инкубации при концентрации исследуемого детергента 0,5%  средняя длина корней  составила 4.41 ± 0.24 мм    по сравнению с 6.80 ± 0.25 мм в контроле (среднее значение ± стандартная ошибка). При концентрации исследуемого детергента 0,5%  прорастание семян составило 83.33%  по сравнению с 96.67%  в контроле. Сделан вывод о наличии токсичности изученного детергента для указанного вида растений (Vigna radiata).

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: биотест, детергент, поверхностно-активные вещества, фитотоксичность, фитотест, экотоксикология, Vigna radiata,

  1. ВВЕДЕНИЕ.

Ранее в публикациях ученых МГУ (С.А. Остроумов и соавторы [6, 7, 9, 14, 17, 18]) были описаны результаты опытов по биотестированию детергентов, поверхностно-активных веществ (ПАВ) и некоторых смесевых препаратов, содержащих ПАВ.  ПАВ  входит в состав ряда других смесевых препаратов, композиций и коммерчески доступных химических смесей, в том числе в состав laundry detergents, которые используются  на практике в существенных количествах . Информация о детергентах этого типа (laundry detergents)  содержится в публикациях  [1-4].

В последнее время производители детергентов стали добавлять в состав производимых ими детергентов компоненты на основе природных веществ. Так, в состав одного из производимых в Китайской Народной Республике детергентов добавляется компонент на основе масла кокосовой пальмы – coconut oil soap base (COSB). Производитель подчеркивает природную основу этого компонента в названии этого детергента, которое в переводе на английский язык выглядит так: naturally COSB-added powdered laundry detergent.

Цель данного исследования - протестировать наземные  высшие растения (Vigna radiata) при воздействии различных концентраций  детергента PLD- COSB. Возможность фитотоксичности этого детергента по отношению к Vigna radiata предполагалась в качестве гипотезы  на основе опыта предыдущих исследований, проведенных в МГУ С.А.Остроумовым  и соавторами [6, 7, 9, 14, 17, 18].

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФИТОТЕСТИРОВАНИЯ.

В данной работе изучали детергент PLD , производимый компанией Chenxi Daily Chemical Co., Ltd. (Hebei Province, China).  Этот смесевой химический продукт содержал, в том числе,  анионные и неионогенные синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ), отдушку, ферменты, умягчители воды, мыло на основе масла кокосовой пальмы (Cocos nucifera) и  другие компоненты (anionic and nonionic surfactants, suspension agents, fragrances, highly active bio-enzymes, water softeners, coconut oil soap base (COSB) etc.).

Для обозначения этого смесевого химического продукта мы используем аббревиатуру PLD- COSB (PLD – powered laundry detergent; COSB – coconut oil soap base).

Для тестирования использовали семена Vigna radiata. Использовалась стеклянная лабораторная посуда (производитель - Tianbo Glassware Apparatus Co., Ltd, Tianjin, China). Растворы готовили на деионизованной воде (ultrapure water). Для получения деионизованной воды использовали Lab Water Purifier (Shang Canrex Analytic Instrument Co., Ltd, Shanghai, China). 

2.2. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ТЕСТЫ.

Процедуры фитотестирования подробно описаны в  работах  [6, 7, 9, 14, 17, 18],  а также  в руководстве по тестированию на экотоксичность, разработанном Агентством по охране окружающей среды США [11].

При фитотестировании в каждую чашку Петри вносили по 30 семян. Каждая концентрация тестировалась в трех повторностях, т.е. для каждой концентрации использовали 3 чашки Петри. В чашки Петри вносили по 20 мл тестируемого раствора. Инкубацию вели при температуре 25,0 ± 1,0 ° С.

15 стеклянных чашек Петри (100 × 15 мм) были распределены  на 5 групп по 3 чашки Петри в каждой группе (четыре разных концентрации тестируемого вещества и контроль). Стерилизованные и промытые семена были равномерно распределены в чашках Петри, каждая из них содержала 30 семян. Свежеприготовленные тестируемые растворы (20 мл) был добавлены в соответствующие чашки с маркировкой концентрации, чтобы инициировать  воздействие тестируемого вещества. Затем все чашки Петри в термостатируемую камеру при 25,0 ± 1,0 ° C для инкубирования в течение указанного времени 24 часа.  Использовали термостатируемую камеру Plant Growth Chamber (Ningbo Southeast Instrument Co., Ltd, Zhejiang Province, China).

2.3. ОБРАБОТКА ДАННЫХ.

Для математической обработки использовали Microsoft Excel 2019. Были подсчитаны средние значения и величины стандартной ошибки. Кроме того, готовили данные для дальнейшего построения диаграмм и графиков для визуализации результатов.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

Полученные результаты были сведены в таблицы. Часть полученных результатов приведена ниже в Таблице 1.

Таблица 1. Воздействие детергента (COSB-added PLD) на семена и проростки после инкубации в течение 24 часов при температуре 25.0 °C.   The mung beans (Vigna radiata) tests for COSB-added PLD (water solution, 20 mL) at diverse concentrations undergoing 24-h exposure. Seeds placed on Petri dishes for hydroponic incubation at 25.0±1.0 °C.

Abbreviation: PLD – powered laundry detergent; COSB – coconut oil soap base; SGI – seed germination index; RLI – root length index

Концентрация детергента

Conc. (%)

0.0(control)

0.1

0.5

1.0

5.0

Средняя длина корней

Average length of roots (mm)

6.8

6.47

4.41

1.45

0.00

Стандартная ошибка

Standard error (mm)

0.25

0.28

0.24

0.23

0.00

Прорастание

Average germination (%)

96.67

94.44

83.33

32.22

0.00

Процент непроросших семян

Percentage of non-germinated seeds (the total number of seeds is considered as 100%) (%)

3.33

5.56

16.67

67.78

100.00

Общее количество семян

Number of seeds

90

90

90

90

90

Количество проросших семян (количество измененных проростков)

Number of germinated seeds which developed into measurable seedlings

87

85

75

29

0

Индекс SGI

0.00

-0.02

-0.14

-0.67

-1.00

Индекс RLI

0.00

-0.05

-0.35

-0.79

-1.00

Приведенные в таблице данные указывают на то, что при концентрации 5,0% роста корней проростков не наблюдалось, эта концентрация вызывала гибель проростков.

После 24-часовой инкубации при концентрации исследуемого детергента 0,5%  средняя длина корней  составила 4.41 ± 0.24 мм    по сравнению с 6.80 ± 0.25 мм в контроле (среднее значение ± стандартная ошибка).

При концентрации исследуемого детергента 0,5%  прорастание семян составило 83.33%  по сравнению с 96.67%  в контроле.

Задачи данной работы не включали в себя изучение молекулярного механизма воздействия тестируемого вещества на живые клетки. Однако, уже накоплен немалый опыт изучения молекулярных механизмов воздействия ПАВ на организмы. Этот опыт позволяет полагать, что не в последнюю очередь воздействие изученного детергента на тест-организм включает в себя воздействие мембранотропных веществ (ПАВ) на биологические мембраны тест-организма [20].

Новые результаты согласуются с предыдущими публикациями авторов по биотестированию (фитотестированию) химических веществ, в том числе  смесевых композиций, содержащих ПАВ, с использованием измерения длины корней проростков растений (например, [17-20]).  Результаты дополняют существующие в литературе сведения о токсичности и фитотоксичности химических веществ и загрязненных компонентов окружающей среды (например, [5-10, 12-20]).  

Полученные результаты представляют интерес для оценки экотоксикологической опасности попадания в окружающую среду химических препаратов, представителем  которых является  исследованный детергент. Это особенно актуально в современных условиях, когда для борьбы с вирусными патогенами SARS-CoV-2   в период пандемии COVID-19 увеличиваются требования к санобработке и чистоте всех предметов и объектов, с которыми контактирует человек.

ВЫВОДЫ.

  1. Полученные в работе новые данные продемонстрировали фитотоксичность детергента. В работе тестировали naturally COSB-added powdered laundry detergent, производимый компанией Chenxi Daily Chemical Co., Ltd. (Hebei Province, China) при его воздействии на Vigna radiata.

2. Выявлена фитотоксичность  тестируемого вещества (детергента PLD- COSB) в форме подавления прорастания семян и удлинения корней проростков растения Vigna radiata.

3. Обнаруженный токсичный эффект PLD- COSB зависел от концентрации исследуемого химического вещества (детергента PLD- COSB ) и времени.

4. После 24-часовой инкубации при концентрации исследуемого детергента  PLD- COSB 0,5%  средняя длина корней  составила 4.41 ± 0.24 мм    по сравнению с 6.80 ± 0.25 мм в контроле (среднее значение ± стандартная ошибка).

5. При концентрации исследуемого вещества (детергента PLD- COSB) 0,5%  прорастание семян составило 83.33%  по сравнению с 96.67%  в контроле.

БИБЛИОГРАФИЯ.

[1] Smulders, E. and Sung, E., 2000. Laundry detergents, 2. Ingredients and products. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.

[2] Saouter, E., van Hoof, G., Pittinger, C.A. and Feijtel, T.C., 2001. The effect of compact formulations on the environmental profile of northern European granular laundry detergents. The International Journal of Life Cycle Assessment, 6(6), pp.363-372.

[3] Smulders, E., Rahse, W. and Rybinski, W., 2002. Laundry detergents (No. LC-0444). Wiley-Vch. 270 p.

[4] Bajpai, D., 2007. Laundry detergents: an overview. Journal of oleo science, 56(7), pp.327-340.

[5] E.V. Lazareva, S.A. Ostroumov, Accelerated decrease in surfactant concentration in the water of a microcosm in the presence of plants: Innovations for phytotechnology, // Dokl. Biol. Sci., 425 (2009) 180-182. https://www.academia.edu/43779198/;

[6] S.A. Ostroumov, M.P. Kolesnikov, Biocatalysis of matter transfer in a microcosm is inhibited by a contaminant: effects of a surfactant on Lymnaea stagnalis, // Dokl. Biol. Sci., 373 (2000) 397-399. https://www.academia.edu/43243696/ ;

[7] S.A. Ostroumov, The effect of synthetic surfactants on the hydrobiological mechanisms of water self-purification, // Water Resources, 31 (2004) 502-510. https://www.academia.edu/790306/ ; https://www.academia.edu/41039800/;

[8] L. Wang, Y. Sha, D. Wu, Q. Wei, D. Chen, S. Yang, F. Jia, Q. Yuan, X. Han, J. Wang, Surfactant induces ROS-mediated cell membrane permeabilization for the enhancement of mannatide production, // Process Biochem., 91 (2020) 172-180.

[9] S.A. Ostroumov, E.A. Solomonova, Phytotoxicity of a surfactant-containing product towards macrophytes, // Russ. J. Gen. Chem., 83 (2014) 2614-2617. https://www.academia.edu/27074231/ ;

[10] S.A. Ostroumov, J. Widdows, Inhibition of mussel suspension feeding by surfactants of three classes, // Hydrobiologia, 556 (2006) 381-386.

[11] U.S. EPA, Ecological effects test guidelines (OPPTS 850.4200): seed germination/root elongation toxicity test, (1996).

[12] M. Mtisi, W. Gwenzi, Evaluation of the phytotoxicity of coal ash on lettuce (Lactuca sativa L.) germination, growth and metal uptake, // Ecotoxicol. Environ. Saf., 170 (2019) 750-762.

[13] M.G. Bagur-González, C. Estepa-Molina, F. Martín-Peinado, S. Morales-Ruano, Toxicity assessment using Lactuca sativa L. bioassay of the metal(loid)s As, Cu, Mn, Pb and Zn in soluble-in-water saturated soil extracts from an abandoned mining site //  J. Soil. Sediment., 11 (2010) 281-289.

[14] S.A. Ostroumov, Toxicity testing of chemicals without use of animals //  Russ. J. Gen. Chem., 86 (2016) 2933-2941. https://www.academia.edu/works/44042634/ ;

[15] S.A. Ostroumov, V.A. Poklonov, S.V. Kotelevtsev, S.N. Orlov, Toxicity of gold nanoparticles for plants in experimental aquatic system, // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull., 69 (2014) 108-112. https://www.academia.edu/43396814/ ;

[16] A.G. Taylor, Y.A. Salanenka, Seed treatments: phytotoxicity amelioration and tracer uptake//  Seed Science Research, 22 (2012) S86-S90.

[17] Cai X., Ostroumov S.A. Studies of interaction of the surfactant-containing chemical product with Vigna radiata // Black Sea, 2021, 58 (1): 20-23.

[18] Cai X., Ostroumov S.A. Quantification of phytotoxic effects of detergents on plant species // Ecological Studies, Hazards, Solutions. 2021, Volume 27, p. 11-20.

[19]  Электронный ресурс (Electronic resource). Cai X., Остроумов С.А. 2021. Исследования взаимодействия смесевого химического препарата, содержащего ПАВ, с Vigna radiata. http://www.moip.ru/novostnaya-lenta-2/item/issledovaniya-vzaimodejstviya-smesevogo-himicheskogo-preparata-soderzhashchego-pav-s-vigna-radiata . Последний просмотр 23.06.2021.

[20] Ostroumov S.A. Biological Effects of Surfactants. CRC Press, Taylor &Francis; Boca Raton, London, New York. 2006. 279 p., ISBN: 9780849325267;   https://www.academia.edu/826799/;

Яндекс.Метрика