Изучение безопасности применения наночастиц оксида меди в рыбоводстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение безопасности применения наночастиц оксида меди в рыбоводстве

В.С. Цветкова

А.А. Сузанский

С.Н. Семенов

С.Н. Зуев

Е.Н. Девальд

Аннотация

безопасность оксид медь водоем

В статье рассмотрены параметры безопасности использования наночастиц оксида меди для улучшения санитарного качества воды в открытых водоемах. Определена потенциальная токсичность наночастиц оксида меди уточнением предельно допустимой концентрации меди в тканях рыб, что и обуславливает ветеринарно-санитарное качество конечной продукции и безопасности ее использования.

Данные проведенного химико-токсикологического исследования и анализа литературы указывают на отсутствие значимого повышения концентрации меди в органах и тканях рыбы и соответствуют нормативным показателям.

Таким образом, использование наночастиц оксида меди безопасно для проведения профилактики паразитарных болезней рыб в аквакультуре.

Ключевые слова: аквакультура, оксид меди, наночастицы, концентрация, определение, рыба, безопасность, санитарное качество воды, паразитарные болезни.

Studying the safety of using copper oxide nanoparticles in fish farming

Abstract

The article discusses the safety parameters of using copper oxide nanoparticles to improve the sanitary quality of water in open water bodies. The potential toxicity of copper oxide nanoparticles was determined by specifying the maximum permissible concentration of copper in fish tissues, which determines the veterinary and sanitary quality of the final product and the safety of its use.

The data of the conducted chemical-toxicological study and analysis of the literature indicate the absence of a significant increase in the concentration of copper in the organs and tissues of the fish and correspond to the standard indicators.

Thus, the use of copper oxide nanoparticles is acceptable for preventive measures in aquaculture.

Keywords: aquaculture, copper oxide, nanoparticles, concentration, determination, fish, safety, sanitary water quality, parasitic diseases.

Введение

Аквакультура - это самый быстрорастущий сектор производства продуктов питания, который имеет жизненно важное значение для продовольственной безопасности. Одна из постоянных проблем, стоящих перед отраслью - это способность влиять на возбудителей водных заболеваний, которые могут быстро уничтожить производственные процессы и представляют собой постоянную угрозу для устойчивости развития аквакультуры [1, 2, 3]. Появление нанотехнологий может изменить подход к борьбе с болезнями рыб благодаря достижениям в области дезинфекции воды, переработки пищевых продуктов, здоровья рыб и систем управления.

При анализе литературных данных по контролю экосистем в аквакультуре, было отмечено все более частое упоминание применения наночастиц металлов [4, 5, 6]. Производители пытаются использовать препараты на основе наночастиц для устранения барьеров, препятствующих распространению патогенов через воду, росту, размножению и культивированию видов, их здоровью и очистке воды с целью увеличения продуктивности аквакультуры.

Мы рассмотрели возможность профилактики паразитарных заболеваний в открытых водоемах на примере рыбхоза с. Незавертайловка Слободзейском районе непризнанной Приднестровской Молдавской Республики. Открытые пруды представляют собой оптимальный объект для проведения комплексной системы мероприятий против паразитарных болезней рыб. Это связано с тем, что такие водоемы представляют собой регулируемые прудовые экосистемы, дающие возможность контроля. В то же время, даже в них, как в открытой среде, наблюдается прессинг патогенных факторов: возможность попадания паразитарных инфекций с промежуточными хозяевами - птицами, избыточный рост микроводорослей, изменение качества воды. Исходя из концепции неразрывности пищевых звеньев вода-зооплактон-рыба в оценке ветеринарно-санитарного качества конечной продукции, подход к реализации профилактических мероприятий должен отражать учет каждого звена с возможностью его контроля.

Контроль факторов риска включает санитарное качество воды - контроль пищевой цепочки с выключением из него промежуточных хозяев (возможных источников заражения) и минимизацией рисков по заражению прудовых хозяйств извне (птицы) - конечный контроль наличия паразитарных заболеваний. Такая пошаговая система позволит оптимизировать управление санитарным качеством хозяйства.

Данным вопросам и посвящена наша работа. Большое значение при использовании различных корректоров качества окружающей среды отводится вопросам безопасности их использования для объектов рыбоводства, а также пищевой безопасности человека.

Цель исследований - определить безопасность применения наночастиц оксида меди в рыбоводстве.

Для реализации поставленной цели необходимо было выполнить следующие задачи:

провести анализ существующей литературы по безопасности использования соединений меди в рыбоводстве;

провести профилактическую обработку открытого пруда оптимальной дозой наночастиц оксида меди;

провести химико-токсикологическое исследование органов и тканей рыб с целью определения концентраций оксида меди в органах и тканях рыб до и после обработки пруда, определяющих безопасность ее использования в рыбоводстве;

обосновать возможность применения наночастиц оксида меди как профилактического средства, безопасного для здоровья рыб и качества получаемой рыбной продукции.

Объекты и методы

Материалом для проведения химико-токсикологического исследования послужила рыба из прудов рыбхоза с. Незавертайловка Приднестровской Молдавской Республики; выявляли остаточные концентрации меди в тканях рыбы.

Полученную рыбу подвергали предварительной влажной минерализации в концентрированной азотной кислоте с последующим термическим разложением по методике ПНД Ф 16.1:2.2:2.3:3.36-02. Концентрацию меди в рыбе рассчитывали и сравнивали с нормативами (СанПиН 2.3.2.560-96; СанПиН 2.3.2.1078-01- «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов»).

Результаты исследования и их обсуждение

Учитывая, что между различными составляющими биоценозов существует определенная взаимосвязь (рис. 1), мы провели исследования содержания наночастиц оксида меди (CuO) в различных тканях рыб при его использовании с целью санации водоемов.

Рис. 1. Контроль факторов риска пищевой цепочки

Выбор был связан с рекомендациями Информационного бюллетеня ФАО по рыболовству и аквакультуре №1182 (2020 год) [3] по использованию сульфата меди и оксихлорида меди против заражения простейшими и эктопаразитами в прудах.

Для оценки возможности использования наночастиц меди мы изучили доступные данные по безопасности применения нанотехнологий в аквакультуре [4, 5, 6, 7].

В исследованиях Zhao J. (2011) по оценке токсичности наночастиц оксида меди и солей меди для трех ключевых организмов окружающей среды: водорослей, ракообразных и рыб было показано, что наночастицы CuO проявляли токсичность при относительно высоких номинальных концентрациях 50-100 мг/л, в то время как соли меди классифицируются как экстремально токсичные. С учетом указанных данных мы выбрали оптимальную дозу наночастиц оксида меди в 20 мкг/л, ингибирующую рост водорослей и ракообразных (дафний) при минимальном воздействии на рыб.

Использовали наночастицы меди в качестве кондиционера (под кондиционером мы подразумеваем вещества, оптимизирующие санитарное качество воды в водоемах) из расчета 20 мкг/л с распределением по поверхности пруда, три раза, в самые теплые месяцы рыбоводного сезона с интервалом 3-4 недели. Это позволяет оптимизировать параметры экосистемы пруда, по трем параметрам сдерживание роста водорослей для улучшения разницы по кислороду и органике (в том числе нитритам), ингибирование роста дафний как промежуточного звена паразитарной инфекции, борьбу с эктопаразитами.

Для определения остаточных концентраций меди в тканях рыб мы провели химикотоксикологическое исследование с целью контроля токсичности оксида меди и ветеринарносанитарной оценки тканей рыб и сравнение полученных значений с данными о предельно допустимых концентрациях (ПДК) меди.

По результатам проведенных исследований (табл. 1) мы не выявили значительного повышения концентрации меди в тканях рыб, что свидетельствует о допустимости использования наночастиц меди в качестве безопасного вещества, контролирующего санитарное качество воды в водоемах.

Таблица 1. Сравнительное содержание меди в органах и тканях рыб при обработке CuO, мг/кг (ПДК=10 мг/кг, n=30)

Отдельные исследования Zhao J, Wang Z, Liu X, Xie X, Zhang K, Xing (2011) показывают, что увеличение концентрации оксида меди допустимо при краткосрочной (до 72 ч.) экспозиции. В данных исследованиях при концентрации 10, 50, 100, 200, 300, 500, и 1000 мг/л; 20-40 нм; четыре дня наночастицы CuO не проявляли острой токсичности для карпа, при этом распределение наночастиц CuO происходило в следующем порядке: кишечник - жабры - мышцы - кожа и чешуя - печень - мозг. Это подтверждает полученные нами данные и дает возможность использовать оксид меди в более высоких концентрациях при краткосрочной экспозиции в форме ванн.

Заключение

Таким образом, анализ существующей литературы и проведенные нами химико-токсикологические исследования органов и тканей рыб на наличие и концентрацию меди подтверждают возможность безопасного использования наночастиц оксида меди в качестве препаратов, контролирующих санитарное качество воды в водоемах.

Библиография

1. Беэр С.А. Гельминтозы, передаваемые через рыб // Проблемы охраны здоровья рыб в аквакультуре: Тез. докл. науч.-практ. конф., М., 2000. 267 с. - Текст: непосредственный.

2. Mo§u A. Materiale privind fauna zooparazi(ilor la carasul argintiu (Carassius gibelio (Bloch, 1783)) din apele Republicii Moldova // Пресноводная аквакультура: состояние, тенденции и перспективы развития (Сборник научных статей, посвященный 60-летию Научно-исследовательской рыбохозяйственной станции - НИРХС). Кишинэу: «Eco-Tiras», 2005. - С. 119.

3. Молнар К., Секели Ч., Ланг М. Практическое руководство по заболеваниям тепловодных рыб в Центральной и Восточной Европе, на Кавказе и в Центральной Азии / Информационный бюллетень ФАО по рыболовству и аквакультуре, Изд: Турция, Анкара, №1182. - 2020. - 98 с.

4. Bondarenko, O., Juganson, K., Ivask, A. et al. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanoparticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro: a critical review. Arch Toxicol 87, 1181-1200 (2013).

5. Khosravi-Katuli K., Prato E., Lofrano G., Guida M., Vale G., Libralato G. Effects of nanoparticles in species of aquaculture interest. Environ Sci Pollut Res. 2017;24(21):17326-17346. doi: 10.1007/s11356-017-9360-3.

6. Sabo-Attwood T, Apul OG, Bisesi JH Jr, Kane AS, Saleh NB. J Fish Dis. 2021 Apr; 44(4):359-370. Epub 2021 Feb 9.

7. Zhao J., Wang Z., Liu X., Xie X., Zhang K., Xing B. (2011) Distribution of CuO nanoparticles in juvenile carp (Cyprinus carpio) and their potential toxicity. J Hazard Mater 197:304-310.

References

1. Beer S.A. Helminthiases transmitted through fish // Problems of fish health protection in aquaculture: Proceedings of the scientific-practical conference, M., 2000. 267 p. - Text: direct.

2. Mo§u A. Materiale privind fauna zooparazijilor la carasul argintiu (Carassius gibelio (Bloch, 1783)) din apele Republicii Moldova // Freshwater aquaculture: state, trends and development prospects (Collection of scientific articles dedicated to the 60th anniversary of the Fisheries Research Station - NIRHS). Chisinau: «Eco-Tiras», 2005. - P. 119.

3. Molnar K., Sekeli C., Lang M. A practical guide to diseases of warm water fish in Central and Eastern Europe, the Caucasus and Central Asia / FAO Fisheries and Aquaculture Newsletter, Ed: Turkey, Ankara, №. 1182. - 2020. - 98 s.

4. Bondarenko, O., Juganson, K., Ivask, A. et al. Toxicity of Ag, CuO and ZnO nanoparticles to selected environmentally relevant test organisms and mammalian cells in vitro: a critical review. Arch Toxicol 87, 1181-1200 (2013).

5. Khosravi-Katuli K., Prato E., Lofrano G., Guida M., Vale G., Libralato G. Effects of nanoparticles in species of aquaculture interest. Environ Sci Pollut Res. 2017; 24 (21):17326-17346. doi: 10.1007/s11356-017-9360-3.

6. Sabo-Attwood T., Apul O.G., Bisesi JH Jr, Kane AS, Saleh NB. J Fish Dis. 2021 Apr; 44(4):359-370. Epub 2021. Feb 9.

7. Zhao J., Wang Z., Liu X., Xie X., Zhang K., Xing B. (2011) Distribution of CuO nanoparticles in juvenile carp (Cyprinus carpio) and their potential toxicity. J Hazard Mater 197:304-310.

Размещено на Allbest.ru