МУТАГЕННЫЕ ФАКТОРЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМЫ

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 33 страниц
В избранное:

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. АЛЬ-ФАРАБИ

Биологический факультет

Кафедра ботаники и экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

МУТАГЕННЫЕ ФАКТОРЫ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ОРГАНИЗМЫ

Исполнитель: С. А. Айнекбаева

(подпись, дата)

Научный

руководитель:

к. б. н., доцент С. Ж. Колумбаева

(подпись, дата)

Допущен к защите:

зав. кафедрой

д. б. н., профессор С. С. Айдосова

(подпись, дата)

Алматы

2008

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время большое внимание исследователей привлечено к проблеме насыщения биосферы различными факторами мутагенной природы, способными проникать в клетки живых организмов и вызывать нарушения их генетической структуры /1/.

В течение длительного времени в сельском хозяйстве, промышленности, медицине и в быту используются разнообразные искусственно синтезированные химические соединения (пестициды, пищевые добавки, лекарственные препараты, красители, детергенты и др), число которых ежегодно увеличивается. По данным, помещенным на официальном сайте регистра CAS зарегистрировано 39 870 874 (от 12. 11. 2008), и каждую неделю добавляется примерно 50 тыс. новых. /2/. Для ряда этих веществ показана мутагенная, канцерогенная и тератогенная активность /3, 4/.

Многочисленные литературные данные свидетельствуют о том, что применяемые в сельском хозяйстве дозы ряда пестицидов действуют подобно мутагенам, вызывая цитотоксический и отрицательный генетический эффекты /5-7/. Токсикологами установлено наличие пестицидов во многих продуктах питания, число отравлений которыми по данным ВОЗ составляет ежегодно 1% /8/. Пестициды способны долгое время сохраняться в почве. Мигрируя, они загрязняют поверхностные и подземные воды. В результате действия пестицидов происходит нарушение состава популяций в агро- и биоценозах, уничтожение естественных хищников и паразитов вредителей, негативное влияние на полезную фауну, возникновение устойчивых к пестицидам популяций вредных видов, изменение качества урожая в связи с возможным содержанием в нем остатков ядохимикатов, а также отрицательное действие на генетический аппарат живых организмов /8/.

Увеличивающееся загрязнение окружающей среды химическими соединениями заставляет задуматься над тем, что мутационный фон популяции, в том числе и человека, может резко возрасти. Однако до сих пор не разработано четких качественных критериев для адекватной оценки степени мутирования популяций /1/.

В последнее время в Казахстане для борьбы с саранчовыми используют новый инсектицид адонис, относящийся к классу фенилпиразолов, и основным действующим веществом которого является фипронил, . /9, . 10/. В доступной литературе отсутствуют сведения о мутагенной активности данного инсектицида.

В связи с этим, целью настоящей курсовой работы явилось:

изучение состояние проблемы загрязнения окружающей среды пестицидами в Республике Казахстан и за ее пределами по данным литературы;
освоение методов цитогенетического анализа и газовожидкостной хроматографии.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Краткая классификация и характеристика пестицидов

Пестициды (от латинского pest - зараза и zido - убивать) - собирательный термин, охватывающий все химические вещества, используемые для борьбы с различными видами вредных организмов. К пестицидам в настоящее время причисляют также регуляторы роста растений, насекомых и многие другие вещества.

Поведение пестицидов в почве характеризуется следующими нормативными показателями: ПДК и ОДК. ПДК (предельно допустимая концентрация) химического вещества в почве - максимальное количество его (в мг на 1 кг пахотного слоя абсолютно сухой почвы), не вызывающее прямого и опосредованного отрицательного влияния на здоровье человека и самоочищающую способность почвы. ОДК (ориентировочно допустимая концентрация) устанавливается для тех пестицидов, для которых ПДК еще не обоснована. ПДК и ОДК для пестицидов в почве базируются на следующих основных показателях вредности: транслокационном (характеризует способность вещества переходить из почвы через корневую систему в с/х растения и накапливаться в зеленой массе и плодах), миграционно-водном (характеризует способность вещества переходить из почвы в подземные грунтовые воды и поверхностные водные источники), миграционно-воздушном (характеризует способность вещества переходить из почвы в атмосферный воздух), общесанитарном (характеризует влияние вещества на самоочищающую способность почвы и ее биологическую активность) .

Коэффициент адсорбции препарата почвой характеризует сорбцию пестицида частицами почвы и зависит как от природы пестицида, так и от характера почвы. Тяжелые почвы, богатые гумусом, способны сорбировать большее количество препарата, чем песчаные, и в таких почвах передвижение препаратов протекает более медленно. Кроме того, пестициды могут образовывать в почве так называемые “связанные остатки”, т. е. остатки, связанные с почвой химически и не извлекаемые органическими растворителями. Связанные с почвой пестицидные остатки обычно включаются в общий метаболизм почвы и полностью разлагаются на простейшие вещества/11/.

Пестициды классифицируются по химическому составу, объектам применения, способам проникновения в организм. По химическому составу пестициды подразделяются на следующие группы:

неорганические соединения ртути, фтора, бария, серы, меди, хлораты и бораты;
препараты растительного, бактериального и грибкового происхождения - перитрины, антибиотики и фитанциды;
пестициды органической природы, обладающие высокой физиологической активностью, а именно:

хлорорганические соединения (гексахлорциклогексан, тиодан, дилор) ;
фосфорорганические соединения (дихлофос, метафос, карбофос, бромофос) ;
синтетические перетроиды (пермитрин, супермитрин, дельтамитрин) ;
производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот (севин, перимор) ;
-нитрозопроизводные фенолов;
фталимиды;
минеральные масла;
органические соединения ртути (граназан) ;
хиноны;
производные мочевины.

Классификация пестицидов по объектам применения включает такие группы, как инсектициды, предназначенные для борьбы с вредными насекомыми; аккарициды - для борьбы с клещами; ларвициды - для уничтожения их личинок; моллюскоциды; нематоциды; родентоциды, или зооциды, предназначенные для борьбы с грызунами; фунгициды; бактерициды; гербициды - для борьбы с сорной и ядовитой растительностью; арборициды - для уничтожения нежелательной древесно-кустарниковой растительности; альгициды - для уничтожения водорослей; афициды, применяемые для борьбы с тлей; вермициды; хемостериллянты, применяемые для половой стерилизации насекомых; вирусоциды.

По способу проникновения в организм различают пестициды:

кишечные, поступающие вместе с пищей;
контактного действия, проникающие через покровы;
фумиганты, то есть химические вещества, проникающие в организм через дыхательные пути в виде газа или пара.

Также пестициды классифицируются по критериям вредности и по степени опасности /12/. Основным критерием вредности пестицидов является их токсичность при введении в желудок лабораторным животным (ЛД ₅₀ ) и по этим показателям пестициды (ядохимикаты) делятся на:

1) особо токсичные, для которых ЛД ₅₀ составляет до 50 мг/кг;

2) высокотоксичные - 50-200 мг/кг;

3) средней токсичности - 200-1000мг/кг;

4) малотоксичные - более 1000 мг/кг;

Пестициды обладают различной кожно-резорбтивной токсичностью;

1) резко выраженной, когда появляется раздражение кожных покровов при нанесении на них до 500 мг/кг;

2) выраженной - при нанесении 500-2000 мг/кг;

3) слабо выраженной - при нанесении более 2000 мг/кг.

Опасность вещества классифицируется по степени летучести:

1) резко выраженная, когда насыщающая концентрация больше или равна токсической;

2) выраженная - насыщающая концентрация больше пороговой;

3) маловыраженная - насыщающая концентрация не оказывает порогового действия.

Пестициды обладают различной способностью к кумуляции в организме:

1) сверхкумуляция - коэффициент кумуляции в пределах 1;

2) выраженная кумуляция - коэффициент кумуляции от 1 до 3;

3) умеренная кумуляция - коэффициент кумуляции от 3 до 5;

4) слабовыраженная - коэффициент кумуляции более 5.

Пестициды характеризуются следующими периодами полураспада в объектах окружающей среды, в основном в почве:

1) очень стойкие имеют период полураспада 1-2 года;

2) стойкие - от 6 месяцев - до 1 года;

3) умеренно стойкие - от 1месяца до 6;

4) малостойкие - до 1 месяца.

Пестициды классифицируются по степени опасности на классы:

класс 1 «А» - чрезвычайно опасные;
класс 1«Б» - высоко опасные;
класс 2 - умеренно опасные;
класс 3 - мало опасные;
класс 4 - продукты, не представляющие острой опасности при обычном использовании. Использование пестицидов за рубежом и в Казахстане

Одной из актуальных проблем, стоящих перед человечеством, является защита среды обитания живых организмов. В результате развития промышленности и химизации сельского хозяйства в окружающую среду поступает огромное количество разнообразных соединений /13/. Особую значимость приобретает проблема пестицидов, широкое применение которых обусловлено экономической необходимостью. Пестициды - это единственное химическое средство в сельском хозяйстве, благодаря которому можно увеличить урожай сельскохозяйственных культур. Биологические методы по своей эффективности пока уступают химическим средствам защиты, поэтому применение пестицидов в ближайшие годы представляется неизбежным и необходимым. /14-16/. Однако зачастую не соблюдаются необходимые рекомендации и инструкции по использованию ядохимикатов, что приводит к их накоплению в компонентах природной среды /17/, а также к отравлениям и несчастным случаям на производстве /18/. Это, в свою очередь, приводит к накоплению их в пищевых продуктах, поступающих на рынок /19, 20/. По данным Института всемирного наблюдения (г. Вашингтон, США) ежегодно в мире регистрируются от 400 тыс. до 2 млн. случаев отравления пестицидами, большинство которых приходится на сельских жителей развивающихся стран. Так, в Индии вследствие пестицидного отравления ежегодно погибают 20-40 тыс. человек. Поэтому в некоторых странах (США, Франция, ФРГ) идет тенденция уменьшения дозы применения пестицидов /20, 21/.

Пестициды, в отличие от других антропогенных факторов, сознательно вводятся человеком в биосферу, причем в постоянно возрастающих масштабах, и входят в первую десятку ее загрязнителей /15, 20, 21/. С каждым годом ассортимент и количество пестицидов возрастает. Так, Международным агентством ЕРА зарегистрировано более 23400 пестицидов, предназначенных для защиты живых организмов от болезней, вредителей и сорняков. В Казахстане и сопредельных странах СНГ в течение последних 30-50 лет практическое применение получили более 700 пестицидов, относящихся к разным классам химических соединений /22/. Казахстан более 230 наименований пестицидов импортирует из-за рубежа. При этом вместимость складов не соответствует количеству хранящихся ядохимикатов.

В начале 2004 года завершилась предварительная инвентаризация устаревших и непригодных к использованию пестицидов. Она проведена в рамках проекта ПРООН/ГЭФ «Начальная помощь Республике Казахстан по выполнению обязательств по Стокгольмской конвенции о СОЗ». Целью инвентаризации было выявление старых заброшенных, неучтённых, разрушенных складов пестицидов; выявление среди хранящихся пестицидов и их смесей препаратов, отнесённых к стойким органическим загрязнителям; определение объёмов непригодных к использованию пестицидов и тары из-под них.

Всего в результате проведенных обследований бывших складов "Сельхозхимии", складов бывших колхозов и совхозов, аэродромов сельхозавиации обнаружено более 1500 тонн пестицидов и их смесей. Из них собственно СОЗ-пестицидов 41, 7 тонн. Среди идентифицированных пестицидов 15 тонн токсафена в Аккаинском районе Северо-Казахстанской области, выявленные еще в 2001 году. В 2002 году были захоронены 0, 5 тонн ДДТ в Восточно-Казахстанской области. Однако СОЗ-пестициды могут присутствовать среди неидентифицированных смесей. Подсчитать количество устаревших пестицидов, захороненных в закрытых и действующих могильниках ещё только предстоит. Ведь в конечном итоге их нужно будет всё-таки извлечь из могильников и уничтожить в соответствии с требованиями Стокгольмской конвенции о СОЗ.

Всего за период проведения инвентаризации устаревших пестицидов было обследовано более 140 складов, из которых только 57 функционируют, 83 бывших склада «Сельхозхимии» полностью разрушены. На их территории нередко обнаруживаются смеси пестицидов с почвой или минеральными удобрениями. В среднем, смеси пестицидов неизвестного состава составляют 72% от общего количества выявленных пестицидов. Можно предположить, что среди смесей вполне вероятно нахождение пестицидов, отнесённых к стойким органическим загрязнителям. В связи с реформами в аграрном секторе, в том числе коснувшимися службы защиты растений, агрохимслужбы, сельхозхимии, были утрачены многие архивы и в настоящее время невозможно отыскать информацию о захоронениях на 17 полигонах-могильниках. /23/

Если в 60-70-х годах в республике объем использования пестицидов в год превышал сто и более тонн, то в последующие годы происходит снижение, однако, в сравнении с 60-ми годами увеличилось число наименований средств защиты растений с 30 до 182 (таблица 1) /24/.

Таблица 1. Общая динамика применения средств защиты растений в Казахстане за период 1986-2000 гг.

Годы: Годы

Количество наименований пестицидов: Количество наименований пестицидов

Объем применения в тоннах: Объем применения в тоннах

Годы:

1986

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

2000

Количество наименований пестицидов:

100

147

182

Объем применения в тоннах:

46 000

36 000

30 000

25 000

20 000

18 000

13 660

13 000

32 000

В настоящее время в Республике Казахстан зарегистрировано 441 наименования пестицидов, из которых 130 препарата используются как инсектициды и акарициды, 90 - гербициды, 54 - фунгициды, 8 - биопрепараты, 4 - родентициды, 22 - фумиганты, 1 - нематициды, 7 - дефолианты и десиканты, 14 - регулятора роста растений, 2 - поверхностно-активные вещества. Выбор пестицидов производится согласно “Списку пестицидов (ядохимикатов), разрешенных к применению на территории Республики Казахстан на 2003 - 2012 гг. ». К ''Списку…'' ежегодно издаются дополнения /25/.

Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для самого человека. Подсчитано, что 98% инсектицидов и фунгицидов, 60-95% гербицидов не достигают объектов подавления, а попадают в воздух и воду, а зооциды создают в почве безжизненную среду /21/. Приведенные в литературе данные о гибели живых организмов в результате неумеренного использования пестицидов указывают на то, что их можно отнести к группе потенциально опасных веществ как в экологическом, так и в гигиеническом отношении. Кроме токсического действия многие пестициды проявляют мутагенный эффект /16, 26, 27/. Человек контактирует с пестицидами при их производстве, при их применении на сельскохозяйственных работах, получает небольшие их количества с пищей и водой из окружающей среды /28/.

По мнению многих ученых, для избежания отрицательных воздействий к пестицидам должны предъявляться следующие требования /29/:

как можно более низкая токсичность для человека, животных, растений, почвы и гидробионтов;
умеренная персистентность в объектах окружающей среды в данной экологической зоне;
быстрое разложение в почве, воде, атмосфере, а также биотрансформация в животных и растительных организмах с образованием продуктов, безопасных как для них, так и для человека;
отсутствие у пестицидов способности к кумуляции в животных и растительных организмах, гидробионтах;
отсутствие даже далеких негативных последствий для окружающей среды, человека, животных и растений при длительном применении препаратов (тератогенные, мутагенные, канцерогенные и другие эффекты) . Характеристика пестицидов класса фенилпиразолов.

Фенилпиразолы - это пятицикличные гетероцикличные соединения с двумя гетероатомами в пятичленном цикле. В последнее время большое количество исследований посвящено изучению пестицидных свойств гетероциклических систем с двумя и тремя гетероатомами в цикле, и с этими классами веществ достигнуты наибольшие успехи в области создания новых пестицидов.

Типичным представителем класса фенилпиразолов является фипронил /30/. Фипронил - это инсектицид, открытый и разработанный французской фирмой Phone-Poulenc в 1985-87 гг. и представленный на рынок в 1993 г. Несмотря на эффективность в борьбе с различными вредителями, имеются беспокойства насчет его безопасности по отношению к окружающей среде и здоровью человека. Он широко распространен во многих индустриальных и развивающихся странах и его использование в мире продолжает увеличиваться /9, 31/.

Класс фенилпиразолов - это химикаты, имеющие в основном гербицидный эффект. Тем не менее, фипронил действует как инсектицид контактного и кишечного действия. Химически чистый фипронил представляет собой бесцветное кристаллическое вещество с плесневым запахом. /11/. Он легко растворяется в воде, стабилен при нормальной температуре в течение года, но не стабилен в присутствии ионов металлов и разлагается под действием солнечного света с образованием различных метаболитов (рис. 1) /9, 32/. При аэробных условиях фипронил разлагается путем окисления, восстановления и гидролиза. Три главных метаболита при аэробных условиях - RPA 200766 (амид), MB 46513 (фипронил-иесульфинил) и MB 46136 (фипронил-сульфон) . При анаэробных условиях фипронил разлагается до MB 45950 и RPA 200766 /31/. Фипронил-дисульфинил МВ 46513, например, чрезвычайно устойчив и более токсичен, чем исходный препарат /9, 31 - 33/.

Рис. 1. Структурные формулы фипронила и его метаболитов [32] .

В 1997 году производство препаратов на основе фипронила составило 480 тонн, а в 2000 году увеличилось до 800 тонн. Производством занимается завод Rhone-Poulenc Biochimie в Saint-Aubin-Lеs-Elbeuf, Франция, Но недавно другим китайским заводом было получено разрешение на синтез, упаковку и распространение пестицида Регента на рынке Китая /9/. В период 1987-1996 гг. фипронил был апробирован на более чем 250 насекомых вредителях 60 зерновых культур /9, 31/.

Контактный и кишечный инсектицид широкого спектра действия, обладает умеренными системными свойствами и хорошей остаточной активностью при обработке листьев; может применяться также для обработки почвы и для протравливания семян. Инсектицид для борьбы с широким кругом сосущих и грызущих насекомых лиственного и почвенного применения, а также для использования в приманках и для обработки семян. Используется на многих культурах при почвенном применении (в г/га) против личинок блошкн длинноусой (120), щелкунов (50- 150), при лиственном применении - против колорадского жука на картофеле (12, 5-25), капустной моли, хлопкового долгоносика и других (25-50) ; на рисе-падди - против точильщиков, дельфацид, рисового водяного долгоносика (50- 100) ; при обработке семян кукурузы -против щелкунов (250-500 г/100 кг), хлопчатника - против трипсов (125-250 г/100 кг), сахарной свеклы - против щелкунов (50 г/100 000 семян) ; при использовании в виде приманок для саранчовых норма расхода 6 г/гa. Расы насекомых, устойчивые или толерантные к пиретроидам, фосфорорганическим и карбаматным инсектицидам, чувствительны к фипронилу. /11/.

Формы применения - суспензионный концентрат, гранулы, эмульгирующийся концентрат, текучая суспензия для обработки семян, вододиспергируемые гранулы, раствор для ультрамалообъемного опрыскивания. В России разрешены: эмульгирующийся концентрат «Регент» (25 г/л), эмульгирующийся концентрат «Адонис» (40 г/л), вододиспергируемые гранулы «Регент» (800 г/кг), концентрат суспензии «Космос» (250 г/л) . В России разрешен против саранчовых (4 г/га), против колорадского жука на картофеле (15 - 20 г/га), против проволочников на кукурузе, подсолнечнике и сахарной свекле (10 - 12, 5 г/га), против хлебной жужелицы, клопа вредная черепашка и пьявицы (16 - 24 г/га) /11/.

Фипронил распространен на рынке под торговым названием Адонис и используется против саранчовых. Он уже использовался на Мадагаскаре, в Казахстане, в России, в США, Бразилии, Западной Африки, Австралии /36, 38-40/. Под названием Регент фипронил используется в основном против чашуекрылых и прямокрылых на широком диапазоне полевых и садоводческих культур и против личинок жесткокрылых в почвах. Он также используется против тараканов и муравьев под торговым названием Голиаф и Некса, включая США, где этот препарат также используется против вредителей полевых культур зерна, на полях для гольфа и коммерческого торфа (торговая марка Выбор Чипко) . Фипронил также используется против термитов-вредителей, что было показано в полевых испытаниях в Африке и Австралии. Там он проходил под торговым названием Термидор. Фипронил под торговым названием Фронтлайн или Топ Спот используется против блох, клещиков и клещей, паразитирующих на домашних животных. /9, 31/

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.