Диссертация (1105549), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Так, увеличение ионной силывызывает экранирование заряда гумусового полианиона и, следовательно,способствует принятию ими более компактной конформации. Какследствие, уменьшается эффективная площадь контакта гидрофобнойповерхности макромолекул ГФК с ПАУ, что приводит к уменьшению ихконстант связывания.Для установления аналитического выражения, которое описывало бызависимость Кoс от I, были аппроксимированы полученные зависимостиследующей двухпараметрической функцией:KосI = (1 - b)KосI=0⋅EXP(-c⋅I + b),(2.5),где KосI=0 - константа связывания ПАУ гумусовыми кислотами при ионнойсиле раствора равной нулю; KосI - константа связывания при ионной силе I;b, c- эмпирические коэффициенты:для Py:b = 0.75;c = 184;для Flt:b = 0.70;c = 102;для An:b = 0.32;c = 38;Коэффициенты b, c из уравнения (2.5) были определены путемминимизации суммы квадратов отклонений экспериментальных итеоретических зависимостей.
Примеры лучших аппроксимационныхкривых приведены на Рис. 2.16 для Py. Аналогичные зависимости былиполучены для Flt и An.Кос x10−5, л/кг С2AHAHS1.6HBWNHTL1.2FMXWM3X0.80.4lgI0-6-5-4-3-2-10Рис. 2.16. Зависимость Кос пирена от ионной силы раствора: линии экспериментальные данные; пунктир - рассчитанные.Как видно из представленных зависимостей, используемое уравнение(2.15) позволяет аппроксимировать экспериментальные кривые сдостаточновысокимуровнемстатистическойдостоверности.Соответствующие r2 составили, в среднем, 0.83 в случае Py и 0.88 и 0.92для Flt и An.Следует отметить, что в литературе имеются данные о возможномтушении флуоресценции ПАУ галогенид-ионами [111, 165]. Данноеобстоятельство может вносить погрешности в определение Кос привысоких значениях ионной силы раствора, не связанные с образованиемкомплексов ПАУ-ГФК.
В связи с этим нами была исследована зависимостьинтенсивности флуоресценции модельных ПАУ при постоянстве ихконцентрации в растворе от концентрации фонового электролита (NaCl).Результаты измерений показали, что интенсивность флуоресценции ПАУне изменялась во всем диапазоне изменения ионной силы от 1×10-4 до2.5×10-1 М.
Данный факт может свидетельствовать об отсутствии эффектатушения флуоресценции ПАУ хлорид-ионами в условиях эксперимента.Таким образом, вышеприведенные исследования показывают, чтосродство ГФК к ПАУ зависит не только от структурных особенностейГФК, но также и от параметров водной среды, в которой происходитвзаимодействие. Описанный характер зависимости Кос от рН и ионнойсилы хорошо согласуется с предположением о преобладающем вкладегидрофобных взаимодействий в связывание ПАУ гумусовыми кислотами.При этом, полученные двухпараметрические зависисмости Kос от рН иионной силы могут быть использованы для корректировки значенийконстант связывания при изменении параметров водной среды.2.3.
Исследование детоксицирующей способности ГФК поотношению к ПАУКак показали проведенные исследования, присутствие ГФК вприродных средах приводит к уменьшению концентрации свободного ПАУв растворе за счет связывания их ГФК:ПАУ + ГФКПАУ-ГФК(2.6)Долю ПАУ, находящегося в свободном состоянии (α) можно оценить спомощью следующего уравненияα=[ ПАУ ]1=[ ПАУ ] + [ ПАУ − ГФК] 1 + СГФК × Кос(2.7)Принимая, что именно данная (несвязанная) форма ПАУ обладаетмаксимальной биологической активностью, взаимодействие с ГФК можнорассматривать как один из важнейших факторов, определяющихбиодоступность ПАУ для водных организмов. Это подтверждается целымрядом работ по изучению биоаккумуляции ПАУ, в которых наблюдаетсяуменьшение коэффициента накопления ПАУ (BCF) живыми организмамив присутствии ГФК пропорционально доли ПАУ, находящегося всвободном состоянии [125, 126, 153, 157, 178]:BCFПАУ-ГФК = α×BCFПАУα=BCFПАУ +ГФК1=BCFBCFПАУ1 + C ГФК × K oc(2.8)(2.9)где КосBCF - константа связывания ПАУ гумусовыми кислотами,рассчитанная исходя из значений BCF в присутствии и отсутствие ГФК.Выражение (2.8) было использовано многими авторами для расчета КосBCF.При справедливости высказанной выше гипотезы о доступности для биотытолько свободного ПАУ, можно ожидать равенства значений константсвязывания, определенных физико-химическими методами и рассчитанныхиз данных по биоаккумуляции ПАУ, т.е.
Кос = КосBCF.Принимаяво внимание,чтотоксичность ПАУ такжепропорциональна концентрации ПАУ, находящегося в свободномсостоянии можно было бы ожидать выполнения следующих зависимостей:TПАУ-ГФК = α×TПАУα=TПАУ +ГФК1=toxTПАУ1 + C ГФК × K ocКос = Косtox(2.9)(2.10)(2.11)где Косtox - константа связывания ПАУ гумусовыми кислотами,рассчитанная из данных по оценке токсичности ПАУ в присутствии иотсутствие ГФК.Однако ввиду возможной физиологической активности ГФК поотношению к водным организмам (разд.
1.4.3), такой подход неприемлемдля оценки констант связывания ПАУ гумусовыми кислотами изтоксикологических данных. Следовательно, для расчета константсвязывания ПАУ гумусовыми кислотами из данных по оценке токсичностиПАУ в присутствии и отсутствие ГФК необходимо раздельно оценитьуменьшение токсичности ПАУ, вызываемое только снижениемконцентрации свободной формы ПАУ в результате связывания их ГФК(собственно детоксикация ПАУ) и возможное стимулирующее влияниеГФК на тест-объект.Для исследования детоксицирующей способности ГФК поотношению к ПАУ был использован метод биотестирования.
В качестветест-объекта была выбрана Daphnia magna. В качестве тест-откликаиспользовали активность питания дафний (R). Активность питаниярегистрировали по изменению концентрации хлорофилла в суспензииводоросли Chlorella pyrenoidosa, которую вносили в тест-систему как пищудля рачков. Предварительные эксперименты с другим тест-объектом зеленой водоросли Chlorella pyrenoidosa - показали его непригодность дляподобных исследований ввиду низкой чувствительности к токсическомудействию ПАУ.Применение методики биотестирования с использованием в качестветест-объекта D.
magna. позволило регистрировать токсический эффектПАУ уже на первые сутки экспозиции.2.3.1. Установление диапазонов токсичности модельныхПАУДля определения диапазонов токсичности Py, Flt и An готовилисерии из пяти растворов для каждого ПАУ с концентрациями в диапазоне:20-100, 10-140 и 7.5-35 мкг/л, или (1-5)×10-7, (0.5-7)×10-7 и (0.2-1.7)×10-7 M,соответственно.Токсический эффект ПАУ (TПАУ) оценивали как относительноеуменьшение тест-отклика в присутствии ПАУ (RПАУ) по сравнению с тестоткликом в контрольном растворе (R0):R0 − R ПАУTПАУ =R0(2.12),Зависимости «концентрация ПАУ - токсический эффект» для Py, Flt иAn приведены на Рис.
2.17.TПАУ0.60.5AnPyFlt0.40.30.20.17СПАУx10 , М0-0.1 02468-0.2Рис. 2.17. Зависимости «концентрация ПАУ - токсический эффект» дляпирена, флуорантена и антрацена (тест-объект D.magna).Каквидноизрисунка,экспериментальныезависимости«концентрация - токсический эффект» в указанном диапазонеконцентраций были линейными для всех модельных ПАУ иаппроксимировались уравнением прямой:TПАУ = k×CПАУ(2.13),где k - угловой коэффициент зависимости «концентрация - токсическийэффект» ПАУ; СПАУ - общая концентрация ПАУ в растворе.Для Py, Flt и An k (± стандартное отклонение при n=5) составил(0.94±0.05)×108, (6.4±0.3)×107 и (3.3±0.2)×108 M-1.
Соответствующиекоэффициенты корреляции (r2) для Py, Flt и An - 0.96, 0.98, 0.97.Максимальная токсичность для модельных ПАУ по отношению к D.magna была зарегистрирована для самых высоких концентраций,достигнутых при приготовлении водных растворов соответствующих ПАУ(разд. 3.6.2), а именно, 0.5, 0.7 и 0.17 µМ для Py, Flt и An, соответственно.Данные концентрации вызывали уменьшение активности питания дафнийна 54 ± 8%, 52 ± 7% и 50 ± 9 % (P = 0.95, n = 3), для Py, Flt и An,соответственно.
Максимальная токсичность водных растворов ПАУсоставляла примерно 50 % от контроля.Указанные выше концентрации были выбраны для проведенияэкспериментов по изучению детоксицирующей способности ГФК поотношению к ПАУ.2.3.2. Количественная оценка детоксицирующейспособности ГФК по отношению к ПАУДля оценки детоксицирующего действия ГФК была введенавеличина«коэффициентдетоксикации»(D),соответствующаяотносительному уменьшению токсического эффекта ПАУ в присутствииГФК (TГФК+ПАУ) по сравнению с исходным токсическим эффектом ПАУ(TПАУ).
Изменение уровня токсичности ПАУ в присутствии ГФК можетбыть обусловлено как изменением концентрации свободной формы ПАУ, врезультате химического связывания между ПАУ и ГФК, так и собственнымвоздействием ГФК на тест-объект. Поэтому составляющую токсическогоэффекта, обусловленную только воздействием свободно-растворенногоПАУ, на фоне собственного воздействия ГФК (TГФК+ПАУ), рассчитывали,используя в качестве контроля тест-отклик в присутствии ГФК (RГФК):TГФК+ПАУ =R ГФК − R ГФК+ ПАУR ГФК(2.14)Выражение (2.14) позволяет оценить остаточную токсичность ПАУ вприсутствии ГФК с учетом непосредственного воздействия самих ГФК надафнии.В связи с вышесказанным, коэффициент D рассчитывали с помощьюследующего уравнения:D=T ПАУ − TГФ К + ПАУTПАУ− R ГФК + ПАУR 0 − R ПАУR− ГФКR0R ГФК=R 0 − R ПАУR0(2.15)Такойспособрасчетапозволяетоценитьвеличинудетоксицирующего эффекта, вызываемого уменьшением концентрациисвободного токсиканта на фоне собственного воздействия ГФК на тесторганизмы (т.е.
значение коэффициента D зависит только от связывающейспособности ГФК по отношению к ПАУ).Как следует из уравнения (2.15), для исследования детоксицирующейспособности ГФК необходимо было оценить токсический эффект ПАУ вотсутствие и в присутствии ГФК и возможное стимулирующее влияниеГФК на дафний.
С этой целью были измерены активности питания дафнийв следующих растворах: (1) в контрольном, (2) в растворе приопределенной концентрации ПАУ, (3) в растворе при определеннойконцентрации ГФК и (4) при совместном присутствии ПАУ и ГФК вконцентрациях, аналогичным растворам (2) и (3). Таким образом, можносказать, что коэффициент D является “точечной” величиной,характеризующей детоксицирующий эффект ГФК и может бытьиспользован для оценки и сравнения детоксицирующей способности ГФКразличного происхождения только при определенных концентрациях ГФКи ПАУ.С целью измерения активности питания дафний проводилибиотестирование растворов, содержащих постоянные концентрации ПАУ иразличные концентрации ГФК в диапазоне 1.5 - 25 мг С/л.Зависимостиизмененияактивности питаниядафний отконцентрации ГФК различного происхождения приведены на Рис.
2.18.ГК почвRГК /Ro, %12011010090СГК , мгС/л800510152025RФК /Ro, %ФК почв140120100С ФК , мгС/л800510152025ГФК торфаRГФК /Ro, %160140120100С ГФК , мгС/л800510152025ГФК водRГФК /Ro, %140120100С ГФК , мгС/л800510152025RГФК/Ro, %160Различные ГФК140120100С ГФК , мгС/л800510152025Рис. 2.18. Зависимость активности питания дафний (в процентах отконтроля) от концентрации ГФК различного происхождения. ГК почв uHS, sHST, nHBP, mHGP, ∗HBWNd, lHBG, oHBW, ;HGW; ФК почв ;FGW, sFST, oFBW, nFBP, lFBG; ГФК торфа - ∗T1, lT4, mT5, sT6,uT7, nTTL, oHTL, ;HTW; ГФК вод - HS, oFMX, nSWA, ∗FMC,uWM3X; Различные ГФК - nAHA, uAGK, sSEL.Как видно из представленных зависимостей, присутствие ГФК вдиапазонеконцентраций1.5-25мг С/локазывалозаметныйстимулирующий эффект на D.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
