Оценка токсичности и экологической опасности химических веществ и водных сред с использованием проростков растений: особенности и достоинства методологии.

 Assessment of toxicity and environmental hazard of chemicals and aquatic environments using plant seedlings: features and advantages of the methodology.

Остроумов С.А. ^1,2, Котелевцев С.В. ¹, Цай С.²

1 Биологический факультет, Московский государственный университет, Москва,

Ленгоры, Российская Федерация;

2 Университет МГУ-ППИ в Шэньчжэне, Шэньчжэнь, провинция Гуандун,

Китайская народная республика;

Ostroumov S.A. ^1,2, Kotelevtsev S.V. ¹, Cai X.²,

1 Faculty of Biology, Moscow State University, Moscow, Lengory, Russian Federation;

2 Shenzhen MSU-BIT University, Shenzhen,Guangdong, People's Republic of China;

АННОТАЦИЯ. Сделан краткий анализ особенностей биотестирования с использованием проростков растений (plant seedlings). Идентифицированы шесть особенностей этой методологии. Эти особенности представляют собой ценные достоинства данной группы методов. Приведены примеры публикаций, в которых с использованием этой методологии получены ценные научные результаты.

Ключевые слова:

  Экотоксикология, биотестирование, фитотест, проростки растений, фитотоксичность, оценка токсичности, оценка экологической опасности,

ABSTRACT. A brief analysis of the features of biotesting using plant seedlings is made. Six features of this methodology have been identified. These features are valuable advantages of this group of methods. Examples of publications are given in which valuable scientific results have been obtained using this methodology.

Keywords:

 Ecotoxicology, biotesting, phytotest, plant seedlings, phytotoxicity, toxicity assessment, environmental hazard assessment,

Для оценки токсичности химических веществ используются различные методы, основанные на использовании разных групп организмов и различных типах клеточных культур.

Цель данной публикации – кратко проанализировать особенности и достоинства методологии, которая использует проростки растений.

Данная публикация продолжает работы по тематике, которая была освещена в докладах авторов на заседаниях секции МОИП, в том числе на заседании 6 ноября 2021 г., а также на других заседаниях. Материалы авторов по данной тематике неоднократно докладывались на научных конференциях, в том числе на конференции «Экотоксикология-2021» (Тула, 7 - 8 октября 2021), а также на других конференциях.

Эта методология активно используется в работах многих зарубежных лабораторий [1-4] , а также в работах российских исследователей. [5-11] и в совместных работах российский и китайских авторов [12-20].

Авторы данной публикации успешно применили эти методы для выявления потенциальной токсичности ряда химических препаратов, содержащих поверхностно-активные вещества (ПАВ) [12-20].

Необходимо отметить, что данная методология успешно использовалась в исследованиях ученых МГУ не только на биологическом, но и на почвенном факультете, например, в работах д.б.н. В.А. Тереховой и сотрудников.

Опыт использования данной методологии в зарубежных и российских лабораториях продемонстрировал, что она обладает следующими особенностями.

1.Возможность эффективного применения методов статистического анализа. В экспериментах по биотестированию на проростках растений генерируются большие массивы количественных измерений, которые легко поддаются статистическому анализу с применением компьютерных программ и современных компьютеров.

2.Удобный для практического использования уровень чувствительности используемых биообъектов к потенциально токсичным химическим веществам.

3.Полная совместимость с требованиями биоэтики, данный метод полностью удовлетворяет самым жестким  критериям и ограничениям, налагаемым биоэтикой.

4.Большая практическая ценность получаемых результатов, связанная с тем, что используются биологические объекты, которые имеют чрезвычайно большое практическое значение как пищевые культуры, играющие роль пищевых ресурсов.

5.Высокая эффективность с точки зрения анализа cost-efficiency.

6. Наличие в международной научной литературе большого объема данных о различных классах химических веществ, полученных этим методом. Это облегчает проведение сравнительного анализа.

Все вышеуказанные особенности (все шесть особенностей) безусловно являются достоинствами данной группы методов. Вряд ли можно найти еще один другой метод, который бы обладал уникальной комбинацией всех этих достоинств.

Можно прогнозировать, что данный метод и далее будет с пользой использоваться в фундаментальных и прикладных научных исследованиях в Российской Федерации, Китайской Народной Республике и других странах.

ВЫВОД. В статье выше проанализированы особенности методов биотестирования токсичности химических веществ и водных сред, основанных на использовании в качестве биообъектов проростков высших растений (plant seedlings). Авторы идентифицировали шесть особенностей этих методов, которые представляют собой уникальное сочетание ценных достоинств этих методов. Констатировано, что эти методы успешно зарекомендовали себя в лабораториях РФ, Китая и других стран и являются перспективными для дальнейших фундаментальных и прикладных научных исследований.

БЛАГОДАРНОСТЬ. Авторы благодарят Московский государственный университет и Shenzhen MSU-BPI University за поддержку, сотрудников этих университетов за ценные советы и обсуждение.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Zhao, X., Zhang, W., He, Y., Wang, L., Li, W., Yang, L., & Xing, G. (2021). Phytotoxicity of Y2O3 nanoparticles and Y3+ ions on rice seedlings under hydroponic culture. Chemosphere, 263, 127943
2. Zhang, N., Huang, L., Zhang, Y., Liu, L., Sun, C., & Lin, X. (2021). Sulfur deficiency exacerbates phytotoxicity and residues of imidacloprid through suppression of thiol-dependent detoxification in lettuce seedlings. Environmental Pollution, 291, 118221.

• He, A., Jiang, J., Ding, J., & Sheng, G. D. (2021). Blocking effect of fullerene nanoparticles (nC60) on the plant cell structure and its phytotoxicity. Chemosphere, 278, 130474.

3. Yilmaz, M., Yilmaz, A., Karaman, A., Aysin, F., & Aksakal, O. (2021). Monitoring chemically and green-synthesized silver nanoparticles in maize seedlings via surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and their phytotoxicity evaluation. Talanta, 225, 121952.
4. Anwar, N., Mehmood, A., Ahmad, K. S., & Hussain, K. (2021). Biosynthesized silver nanoparticles induce phytotoxicity in Vigna radiata L. Physiology and Molecular Biology of Plants, 27(9), 2115-2126.
5. Остроумов, С. А. (2016). Тестирование токсичности химических веществ без использования животных. Экологическая химия, 25(1), 5-15. https://www.academia.edu/51193285/ ; https://www.academia.edu/2133599/;
6. Горюнова, С. В., & Остроумов, С. А. (1986). Воздействие анионного детергента на зеленую протококковую водоросль и проростки некоторых покрытосеменных растений. Научные доклады высшей школы. Биологические науки, (7), 84-86.
7. Остроумов, С. А., & Семыкина, Н. А. (1991). Реагирование проростков макрофитов на загрязнение водной среды высокомолекулярными ПАВ. Экология, (4), 85-87. https://www.academia.edu/40718242/;
8. Остроумов, С. А. (2015). Альтернативные (non-animal) методы биотестирования экотоксикантов. In: Экологические и биологические системы (pp. 165-173).
9. Остроумов, С. А., & Ломоченкова, К. И. (2015). Фитотест и фитотоксичность синтетического моющего средства. Black Sea Scientific Journal of Academic Research, 22(4), 51-58. https://elibrary.ru/item.asp?id=23860169 ;
10. Ostroumov, S. A. (2006). Biological effects of surfactants. CRC Press. Taylor & Francis. Boca Raton, London, New York. 280 p. https://www.academia.edu/826799/;
11. Поклонов, В. А., Котелевцев, С. В., & Остроумов, С. А. (2012). О воздействии детергентов на Vigna radiata и Lens culinaris в условиях биотеста. Токсикологический вестник, 5 (116), 49-53. https://cyberleninka.ru/article/n/o-vozdeystvii-detergentov-na-vigna-radiata-i-lens-culinaris-v-usloviyah-biotesta ;
12. Cai, X. and Ostroumov, S. A. (2020a). Bioassay of “Tide color” powder laundry detergent using Lens culinaris. Ecologica, 27(99):395–400.
13. Cai, X. and Ostroumov, S. A. (2020b). Discovery of detergent toxicity using non-animal bioassay. In: Biogeochemical innovations under the conditions of biosphere technogenesis correction: Proceedings of International Biogeochemical Symposium (5–7 November, 2020), volume 2, pages 216–219. Tiraspol. Shevchenko State University.
14. Cai, X. and Ostroumov, S. A. (2020c). Phytotoxicity of liquid laundry detergent “Blue moon” to lentil (Lens culinaris) and mung bean (Vigna radiata). In: The fourth industrial revolution: importance for green economy progress and environmental protection, pages 146–147. Beograd.
15. Цай, С., и Остроумов, С. А. (2021a). Биотестирование антисептика: ингибирование роста Lens culinaris; http://www.moip.ru/novostnaya-lenta-2/item/biotestirovanie-antiseptika-ingibirovanie-rosta-lens-culinaris. www.moip.ru, pages 1–6.
16. Цай, С., и Остроумов, С. А. (2021b). Биотестирование детергента PLD-COSB: токсичность для Vigna radiata. [http://www.moip.ru/novostnaya-lenta-2/item/biotestirovanie-detergenta-pld-cosb-toksichnost-dlya-vigna-radiata]. www.moip.ru, pages 1–7.
17. Цай, С., и Остроумов, С. А. (2021c). Биотестирование химических веществ в целях количественной оценки экологической опасности и экотоксичности: фитотест на Vigna radiata. Использование и охрана природных ресурсов в России, (2):74–77. https://www.academia.edu/50775612/ ;
18. Цай, С., и Остроумов, С. А. (2021d). Использование фитотестирования для выявления и характеристики токсичности эмерджентных экотоксикантов в водной среде. In Труды Всероссийской конференции с международным участием и элементами научной школы для молодежи Экотоксикология-2021 7 - 8 октября 2021, pages 83–84. Тула.
19. Цай, С., и Остроумов, С. А. (2021e). 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. www.moip.ru, pages 1–5.
20. Цай, С., и Остроумов, С. А. (2021f). Тестирование химического вещества, квантификация экологической опасности. http://www.moip.ru/novostnaya-lenta-2/item/testirovanie-himicheskogo-veshchestva-i-kvantifikaciyaego-ekologicheskoj-opasnosti-i-fitotoksichnosti-dlya-rasteniya-iz-semejstva-bobovyh. www.moip.ru, pages 1–14.