Биотестирование воды в домашних условиях,

Биотестирование как интегральный метод оценки качества воды

Значительное время контроль за загрязнением окружающей среды осуществлялся только физико-химическими методами, путем определения концентраций загрязнителей и соблюдением соответствия величин измеренных концентраций нормированных показателей предельно-допустимым концентрациям (ПДК). С развитием химической промышленности, синтезом новых соединений и их использованием в производстве перечень контролируемых загрязнителей в составе сточных вод увеличивается с каждым днем. Сегодня много загрязняющих веществ по разным причинам не контролируется: для одних не разработаны ПДК, для других отсутствуют утвержденные методики определения, а их воздействие испытывает окружающая среда. В результате поучается так, что широкий спектр соединений, токсичных веществ в водной, воздушной и почвенной средах не контролируется. Но и в случае контроля полного спектра соединений в среде на уровне ПДК нельзя утверждать об отсутствии вредного воздействия на окружающую среду. Так как информация физико-химических показателей не позволяет в принципе сделать вывод о совокупном воздействии загрязняющих веществ различной природы на живые организмы и степени их опасности.

Заполнить информационный аналитический вакуум о комбинационном воздействии загрязнителей признаны методы биотестирования. Особенность информации, получаемой с помощью методов биотестирования состоит в интегральном характере отражения всей совокупности свойств испытуемой среды с позиции восприятия ее живых объектом. И в отличии от физико-химических методов, посредством которых определяется валовое содержание того или иного загрязнителя, биотестовые методы анализа качества воды позволяют обнаружить физиологически активные формы соединений, влияющие на организм. Так, например, нет возможности разрабатывать ПДК веществ под различные значения рН среды, а именно изменение рН среды влечет за собой образование иных форм соединений, возможно более токсичных. Или же токсическое действие токсикантов усиливается в мягкой воде нежели чем в жесткой. А комплексное воздействие загрязнителей совсем непредсказуемо.

Изучено и выделены несколько вариантов воздействия токсикантов.

1. Антагонистическое воздействие токсикантов – возможно такое сочетание ионов в комбинации которых эффект токсичности будет меньше.

2. Аддитивный эффект – эффект токсичности суммы токискантов равен сумме эффектов токсичности.

3. Синергический эффект – неполное суммирование эффектов токсичности.

4. Сеисибилизационный эффект – комбинация токсикантов усиливает эффект токсичности.

Сегодня биотестовые методы, как необходимое дополнение к химическому анализу включены в стандарт по контролю качества вод различного назначения.

Принцип биотестирования сводится к регистрации изменения биомассы, выживаемости, плодовитости, а также физиологических или биохимических показателей тест-объекта в испытуемой среде.

В настоящее время в мире используется большое разнообразие тест-объектов: от одноклеточных водорослей, мхов и лишайников, бактерий и простейших микроорганизмов до высших растений, рыб и теплокровных животных.

В России в органах государственного аналитического контроля за качеством воды дафниевый тест рекомендован в качестве основного для контроля токсичности сточных вод и перспективного для оценки уровня токсического загрязнения природных вод. Дафниевый тест обязателен при установлении ПДК отдельных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов.

Выбор тест-объекта определен следующим: 1) этот род ветвистоусых рачков распространен повсеместно в пресных водоемах, является важной составной частью зоопланктона, служит источником пищи молоди рыб; 2) легко культивируется в лабораторных условиях – испытания загрязняющих веществ можно проводить в течении года; 3) определяющая особенность -это то, что по характеру питания они являются фильтраторами и прокачивают большие объемы воды, отфильтровывая в качестве пищи бактерий и микроводоросли, поэтому, если в воде присутствует токсикант даже маленькой концентрации из-за объема отфильтрованной воды чувствительность тест-объекта высокая.

Дафниевый метод биотестирования основан на определении изменений выживаемости и плодовитости дафний при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Выделяют кратковременное биотестирование – до 96 час. Позволяет определить острое токсическое действие испытуемой воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество особей, выживших в тестируемой воде или в контрольной за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50% и более дафний за период времени до 96 час. в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Длительное биотестирование – 20 и более суток – позволяет определить хроническое токсическое действие испытуемой воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество исходных самок-дафний, выживших в течение биотестирования, показателем плодовитости – среднее количество молоди, выметанной в течение биотестирования, в пересчете на одну выжившую исходную самку. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости или плодовитости дафний.

Выше было упомянуто о большом количестве тест-объектов, использующих в биотестировании и это неслучайно. Дело в том, что различные организмы по разному реагируют на загрязнители. И задача природоохранных органов правильно оценить ситуацию и выбрать более чувствительный тест-объект.

Пример. Результаты биотеетироваиия сточных вод завода,
синтезирущего биологические активные соединения гербицидного
направления, могут быть различными в зависимости от выбранного тест-
обьекта. Дафниевый тест может показать отсутствие токсического
воздействия, а культура водорослей может почувствовать токсикант.
Почему? Дело в том, что предполагаемый токсикант, синтезируемые
гербициды являются ингибиторами процессов фотосинтеза у растений и
водорослей. Поэтому дафнии могут в кратковременном опыте зафиксировать
отсутствие острого токсического воздействия, а водоросли в случае
нарушения работы фотосинтетической цепи оперативно отреагируют на
загрязненность.

Поэтому в системе контроля за качеством сточных вод также рекомендованы водоросли: хлорелла и сцепедесмус. Критерием токсичности при биотестирозании с использованием водорослей служит достоверное снижение количества клеток в испытуемой воде по сравнению с контролем.

С целью быстрого получения информации о качестве воды используются экспресс методы биотестирования.

В Москве разработан и выпускается мелкими .партиями прибор “Биотоке”. Устройство Биотоке – это портативный биолюминометр,

позволяет с помощью биосенсора “Эколюм”, светящиеся бактерии, производить быстрое и объективное определение индекса обшей токсичности водных образцов, включая металлы, препараты бытовой химии и т.д. Результаты токсичности пробы воды получают через 10 мин.

В Санкт-Петербурге выпускается прибор Биотестер. В качестве тест-объекта используют одноклеточные микроорганизмы – инфузории туфелька. Этот метод основан на хемотаксической реакции организмов в ответ на загрязнитель, т.е. движение культуры в благоприятную зону. Данная тест-реакция – хемотаксис, является очень чувствительной к токсикантам определенной группы.

В России биотестирование проводят аналитические лаборатории органов природоохраны для определения токсичности сточной воды (происходят ли патологические изменения или гибель организмов, обусловленные присутствием в ней токсических веществ) на сбросе в водный объект, воды в контрольном и других створах водопользования с целью проверки соответствия качества воды нормативным требованиям:

– сточная вода на сбросе в водный объект не должна оказывать острого токсического действия, а вода в контрольном и других створах водопользования – хронического токсического действия на тест-объекты.

В соответствии с “Методическим руководством по биотестированию воды РД 118-02-90”, биотестирование является дополнительным экспериментальным приемом для проверки необходимости корректировки величин ПДС по интегральному показателю “токсичность воды”, который позволяет учесть ряд существенных факторов: наличие в сточной воде токсических веществ, неучтенных при установлении ПДС, вновь образованных соединений, метаболитов, различные виды взаимодействия химических веществ. Необходимость корректировки величин ПДС возникает в том случае, если при биотестировании воды из контрольного створа водного объекта установлено несоответствие ее качества требуемому нормативу: вода в контрольном створе водного объекта не должна оказывать хронического токсического действия на тест-объекты (дафний и цероидафний).

Для оценки бактериального загрязнения используются санитарно-бактериологические и гидробиологические показатели.

Микронаселение природных вод чрезвычайно разнообразно. Его качественный и количественный состав определяется в первую очередь составом воды. Для глубоко залегающих, очень чистых артезианских вод характерно почти полное отсутствие бактерий вследствие защищенности водоносного слоя от контакта с лежащими выше горизонтами.

Особенностью состава воды открытых водоемов является изменение его по сезонам года: сопровождающееся изменениями в количестве и видовом разнообразии микронаселения. Бактериальная загрязненность поверхностных источников обусловлена, главным образом, поступлением в водоемы поверхностного стока, содержащего органические, минеральные вещества и микроорганизмы, смываемые с площади водосбора, и сточных вод.

С позиций санитарной микробиологии оценка качества воды проводится
с целью определения ее санитарно-эпидемиологической опасности или
безопасности для здоровья-человека. Вода играет важную роль в передаче
возбудителей многих инфекций; главным образом кишечных. Т.к. через воду
получают распространение брюшной тиф, дизентерия, холера,
инфекционный гепатит и т.д.

Прямое количественное определение возбудителей всех инфекций для контроля за качеством воды неосуществимо в связи с многообразием их видов и трудоемкостью анализа. В практической санитарной микробиологии поэтому прибегают к косвенным методам, позволяющим определить потенциальную возможность заражения воды патогенными микроорганизмами.

Санитарно-бактериологическая оценка качества воды основана на определении двух основных показателей; микробного числа и числа бактерий группы СоН.

Первый показатель даст представление об общей обсемененности воды аэробными сапрофитами, поэтому часто называется общим счетом аэробных сапрофитов или (кратко) общим счетом. Микробное число определяют методом посева на стандартную среду – мясопептонный агар (МПЛ).

Аэробные сапрофиты составляют только часть общего числа микробов в воде, но являются важным санитарным показателем качества воды, так как между степенью загрязнения ее органическими веществами и микробным числом существует прямая зависимость. Кроме того, полагают, что чем выше микробное число, тем больше вероятность присутствия в воде патогенных микроорганизмов. Микробное число водопроводной воды не должно превышать 100. В природных водах этот показатель изменяется в очень широких пределах для разных водоемов и по сезонам года для одного и того же водоема. В чистых водоемах число аэробных сапрофитов может исчисляться десятками или сотнями, а в загрязненных и грязных водоемах составлять десятки тысяч и миллионы.

По второму показателю – числу бактерий группы СоН (кишечная палочка) оценивают возможное присутствие в воде патогенных микроорганизмов.

Бактерии группы СоН относятся к семейству энтеробактерий. Это неспороносные палочки, факультативные анаэробы, сбраживающие лактозу и глюкозу при температуре 37°С с образованием кислоты и газа и не обладающие оксидазной активностью. Они являются постоянными сожителями кишечника человека и животных: постоянно и в большом числе выделяются во внешнюю среду; дольше, чем патогенные микроорганизмы, сохраняют жизнеспособность в этой среде; более устойчивы к хлору, чем возбудители большинства инфекций. Именно эти свойства бактерий группы СоИ обусловили возможность их использования в качестве санитарно-показательных микроорганизмов. Наличие коли-форм в воде говорит о ее фекальном загрязнении, а их число позволяет судить о степени этого загрязнения. Для количественного определения коли-форм применяют фуксин-сульфитный агар (среда Эндо).

Анализ водопроводной и чистой природной воды проводят после предварительного концентрирования воды на мембранных фильтрах.

Результаты выражают в виде коли-индекса – числа бактерий в 1 л воды.

Иногда делают пересчет, определяя коли-титр – наименьший объем воды (в мл), содержащий одну кишечную палочку. Коли-титр = 1000/коли-индекс.

Коли-индекс водопроводной воды должен быть не более 3. Допустимый коли-индекс воды источников водоснабжения зависит от предполагаемого способа очистки. Если намечается только хлорирование воды, то коли-индекс воды в источнике не должен превышать 1000 при полной очистке воды – 10000.

В особых условиях по санитарно-эпидемиологическим показателям прибегают к определению в воде – энтерококков, энтеровирусов сальмонелл и проводят исследования воды на патогенную микрофлору.

Поверхностные источники водоснабжения помимо санитарно-бактериологических тестов характеризуются также данными гидробиологических наблюдений. Микроскопированием пробы воды определяется число клеток фито- и зоопланктона. Эти показатели существенно изменяются по сезонам – как по количеству организмов, так и по их видовому разнообразию.

В весенне-летний период интенсивного развития водорослей (цветения водоема) содержание фитопланктона в поверхностных водах может достичь 50 тыс. клеток в 1 мл. Летом зоопланктон отличается большим разнообразием и представлен низшими ракообразными, коловратками, личинками моллюсков. В воде могут оказаться и бентосные организмы: черви, личинки насекомых. В зимний период в воде встречаются, в основном, низшие ракообразные. Число организмов зоопланктона обычно выражают числом экземпляров в 1 м3 воды. В воде источников встречаются также организмы, видимые невооруженным глазом. Их число оценивают числом экземпляров в 1 м3. Для рек средней полосы европейской части нашей страны концентрация зоопланктона составляет 100- 10000 экз. в 1 м воды. Обычно их в несколько раз меньше, чем организмов зоопланктона.

В питьевой воде планктонные организмы, так же как организмы видимые невооруженным глазом, должны отсутствовать.

Оценка качества питьевой воды различных источников методом биотестирования

биологические науки

  • Дьяконова Зинфира Фагдановна , магистр, студент
  • Чудинова Татьяна Петровна , кандидат наук, доцент, преподаватель
  • Махмутов Айнур Рашитович , кандидат наук, доцент, преподаватель
  • Башкирский государственный университет, Бирский филиал
  • ПИТЬЕВАЯ ВОДА
  • ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ
  • ТЕСТ-ОБЪЕКТ
  • БИОИНДИКАЦИЯ

Похожие материалы

Одна из главных экологических проблем человека качество питьевой воды, которая напрямую связана с состоянием здоровья населения, экологической чистотой продуктов питания, с разрешением проблем медицинского и социального характера.

Биотестирование представляет собой процесс установления токсичности среды с помощью тест-объектов. Они сигнализируют об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций. Например, в исследуемой воде могут присутствовать загрязняющие вещества, которые невозможно определить химическими методами. Тест-объекты оперативно констатируют факт токсичности водной среды независимо от того, сколько химических веществ находится в комплексе. Для оценки используются реакции живых организмов [1].

Физиологические особенности простейших организмов и их чувствительность ко многим факторам внешней среды, специфичны. Хемотаксис инфузорий проявляется в перемещении в верхние слои жидкости. Если исследуемая проба не содержит токсических веществ, то будет наблюдаться концентрирование клеток простейших в верхней зоне. Чем выше токсичность пробы, тем меньшая доля инфузорий перемещается в верхнюю зону.

Данный метод рекомендован для выявления в воде малых концентраций тяжелых металлов и органических соединений [2].

Цель работы заключается в определении качества питьевой воды г. Уфы, г. Бирска и родника д. Десяткино Бирского района республики Башкортостан методом биотестирования.

Экспериментальные исследования проводились в осенний период в 2017 — 2018 годах. Работу выполняли в химической лаборатории «Экологического мониторинга окружающей среды» Бирского филиала БашГУ. Проведены гидрохимические анализы водопроводной и родниковой воды, определены индексы токсичности с помощью тест-объекта инфузории Paramecium сaudatum.

Читайте также:  Вирусная инфекция у мелких американских цихлид (апистограмм) - все чаще встречается в настоящее время.

Отбор и хранение проб проводились согласно ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков» и — ГОСТ 31862-2012 «Вода питьевая. Отбор проб».

Количественная оценка параметра тест-реакции, характеризующего токсическое действие, производится путем расчета соотношения числа клеток инфузорий, наблюдаемых в контрольной и анализируемой пробах и выражается в виде индекса токсичности.

Концентрацию клеток инфузории определяли при помощи фотометра «Биотестер — 2м». Использовали классификацию: допустимая степень токсичности (0,00 0,70).

Проверка готовности культуры для биотестирования проходила по чувствительности к модельному токсиканту и степени выхода в контрольную пробу.

Было проведено сравнительное биотестирование водопроводной воды и воды родника, расположенного в Бирском районе. Результаты представлены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что и водопроводная вода и вода родника, отобранная в Бирском районе не являются благоприятной средой для тест-объекта Paramecium caudatum. Индекс токсичности водопроводной воды г. Уфы составляет 0,78 — высокий уровень токсичности, для водопроводной воды г. Бирска составляет 0,53 — умеренная степень токсичности. Для воды родника, данный показатель равен 0,61, что соответствует умеренной степени токсичности.

В исследуемых пробах воды были определены гидрохимические показатели, которые представлены в таблице 2. Водопроводная вода г. Уфы относится к нейтральной, малой минерализации. По анионному составу вода относится к сульфатно — нитратной. Водопроводная вода г. Бирска относится к нейтральной, средней минерализации, общая жесткость превышает ПДК. Класс воды носит заметный сульфатный характер. Наблюдается наличие марганца, железа, хлорид-иона в пределах ПДК.

Таблица 1. Результаты биотестирования питьевой воды с использованием
тест-объекта Paramecium caudatum

Биотестирование воды в домашних условиях,

Диплом преподавателя

Диплом преподавателя

БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД ПО ПРОРОСТКАМ РАЗЛИЧНЫХ РАСТЕНИЙ ИНДИКАТОРОВ

Данная статья является реферативным изложением основной работы. Полный текст научной работы, приложения, иллюстрации и иные дополнительные материалы доступны на сайте II Международного конкурса научно – исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке» по ссылке: https://www.school – science.ru/2017/1/26871

Эти слова, сказанные Гиппократом еще в глубокой древности, не потеряли свою актуальность и сейчас. В наше время общество осознало опасность токсического загрязнения поверхностных вод и пришло к необходимости введения в практику мониторинга совершенно новых нетрадиционных подходов, в частности биологического тестирования. Биотестирование – исследование влияния различных веществ на живые организмы. Широкое внедрение методов биотестирования в практику оценки качества вод – настоятельная необходимость времени, так как никакая даже самая современная аналитическая химия не даст полной информации о токсичности среды. К тому же анализ существующих методов оценки качества природных вод показал, что биотестирование – наиболее точный, быстрый и дешёвый способ охраны природных вод. [1]

В своем исследовании с помощью данного метода мы решили выяснить, в каком же состоянии находится вода нашего города, которую мы пьем и которой поливаем растения, используемые нами в пищу.

Гипотеза: с помощью методов биотестирования можно оценить степень загрязнения природных вод.

Объект исследования: степень загрязнения природных вод г.Пятигорска.

Предмет исследования: однолетние растения семейства Злаковые (Gramineae): овёс, ячмень, пшеница, однолетние растения семейства Капустные, или Крестоцветные (Brassicaceae) – кресс – салат и редис.

Цель данной работы – оценить загрязнение природных вод г.Пятигорска по проросткам различных растений – индикаторов.

  1. провести анализ теоретических подходов в изучении данной темы;
  2. освоить методику биотестирования;
  3. установить сезонную динамику токсичности природных вод г.Пятигорска;
  4. определить зависимость развития тест – растений от токсичности природных вод.

Одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения природных сред является токсичность загрязняющих веществ для биоты. Именно присутствие токсикантов в окружающей среде приводит к гибели всего живого, выпадению из состава сообществ организмов обитателей чистых зон и замене их эврибионтными видами. Существуют различные физические и химические методы определения токсичности окружающей среды, но в последнее время стали широко использоваться и биологические методы позволяющие провести оценку состояния живых организмов (Приложение 1).

Ведь говоря о загрязнении воды, почвы, атмосферы, об их токсичности мы имеем в виду, то насколько они благоприятны для обитания в них живых организмов, для здоровья человека. К числу наиболее радикальных приёмов относятся методы токсикологического биотестирования. Под биотестом понимается испытание в строго определённых условиях действия вещества или комплекса веществ на водные организмы посредством регистрации изменений того или иного биологического показателя исследуемого объекта по сравнению с контролем. Исследуемые организмы называются тест – объетами, а опыт биотестированием (Лысенко, 1996). Этот дешевый и универсальный метод в последние годы широко используется во всем мире для оценки качества объектов окружающей среды. В России с 1996 года начат эксперимент по внедрению методов биотестирования сточных вод, сбрасываемых в природные водоемы и подаваемых на сооружения биологической очистки.[5] С помощью биотестирования можно получить данные о токсичности конкретной пробы, загрязненной химическими веществами антропогенного или природного происхождения. Этот метод позволяет дать реальную оценку токсичности свойств какой – либо среды, обусловленной присутствием комплекса загрязняющих веществ и их метаболитов. Живые организмы всегда в той или иной степени реагируют на изменение окружающей среды, но в ряде случаев это нельзя выявить физическими или химическими методами, так как разрешающие возможности приборов или химических анализов ограничены. Чувствительные же организмы – индикаторы реагируют не только на малые дозы экологического фактора, но и дают адекватную реакцию на воздействие комплекса факторов (Груздева, 2002). [3].

Биотестирование позволяет установить районы и источники загрязнения. В качестве тест – объектов используются бактерии, водоросли, высшие растения, пиявки, дафнии, моллюски, рыбы и другие организмы. В порядке возрастания толерантности к загрязнениям организмы располагаются в следующий ряд: грибы, лишайники, хвойные, травянистые растения, листопадные растения. Каждый из них имеет преимущества, но, ни один не является универсальным, самым чувствительным ко всем веществам. Для гарантированного выявления присутствия в природных водах токсического агента неизвестного химического состава нужно использовать набор тест – объектов, представляющих различные группы организмов. При выборе тест – организмов исходят из видовой токсичности возможных загрязнителей, особенностей водоема и требований водопотребителей. Для тест – организмов могут быть выделены частные интегральные тест – функции. Интегральные параметры характеризуют состояние системы наиболее обобщённо. Для организмов к интегральным относят характеристики выживаемости, роста, плодовитости. Частными для организма, например, могут быть физиологические, биохимические и гистологические параметры. [6]

Исследования проводились по методикам, предложенным А.И. Федоровой и А.Н. Никольской в «Практикуме по экологии и охране окружающей среды», 2003, а также в учебном пособии для вузов «Экологический мониторинг» под редакцией Т.Я. Ашихминой, 2005. [7] [8]

Работа по изучению метода биотестирования токсичности природных вод по проросткам растений индикаторов выполнялась в течение 2015 года.

Все исследования по теме проводились в лаборатории кабинетов химии и биологии МБОУ СОШ №5 г. Пятигорска в дневное время, при сочетании искусственного и естественного освещения в стандартных, оптимальных для тест – растений условиях. Оценить уровень загрязнения водоемов можно, используя тест на прорастание семян. Такое тестирование проводится как предварительное для выявления особенно загрязненных водоемов с целью последующего химического анализа. В качестве тест – растений были использованы проростки высших растений: пшеницы, ячменя, овса, кресс – салата, редиса. Предлагаемый метод биологической оценки токсичности природных вод по проросткам растений индикаторов проводился в двух вариантах:

1.Полив проростков тест – растений испытуемой водой.

2.Накапывание испытуемого раствора между семядолями двудольных растений.

В качестве тест – растений в первом варианте применяли семена пшеницы, овса, ячменя. Во втором варианте были использованы только проростки двудольных растений: кресс – салата, редиса.

Из всех используемых в исследованиях растений кресс – салат обладает повышенной чувствительностью к загрязнению воды тяжелыми металлами. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти 100% всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Кроме того, побеги и корни кресс – салата под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней) (Голубкина, 2008). [9]. С целью профилактики перед проращиванием семена протравливали. Сухие семена погружали в 1% – ный раствор марганцовокислого калия на 0,5 часа, а затем промывали дистиллированной водой, используя два слоя марли, обсушивали на фильтровальной бумаге на воздухе.

По результатам исследований можно сделать выводы:

  • соотношение длины и массы проростков тест – растений зависит от токсичности природных вод, чем больше токсичных веществ в пробе воды, тем меньше длина и масса проростков тест – растений;
  • наибольшую чувствительность к токсинам проявляет растение кресс – салата.
  • токсичность природных вод выше в весенний период в пробах воды взятых из рек Подкумок и Юца;
  • менее токсична проба воды из Новопятигорского озера.

В результате проведённых исследований была освоена методика биотестирования токсичности природных вод, проведен анализ теоретических подходов в изучении данной темы и сделаны следующие выводы:

  1. Выяснили, что токсичность природных вод водоемов г. Пятигорска изменяется по сезонам: в весенний период она больше, в осенний период токсичность уменьшается;
  2. Установили, что развитие и рост проростков тест – растений напрямую зависят от степени токсичности природных вод, наибольшую чувствительность к токсинам проявляют растения кресс – салата и овса;
  3. Определили, что при поливе проростков тест растений испытуемой водой в большей степени угнетается развитие корневой системы;
  4. Опытным путем установили, что наибольшей токсичностью характеризуются пробы воды рек Юца и Подкумок, менее токсична вода из Новопятигорскаго озера.

Таким образом, гипотеза о возможности оценки с помощью методов биотестирования степени загрязнения природных вод нашла свое подтверждение. На данном этапе работы в результате проведенного эксперимента без специального дорогостоящего оборудования, приборов и реактивов были установлены уровни загрязнения воды г. Пятигорска.

Наша работа может иметь продолжение в следующем учебном году. Для устранения погрешностей результата, на базе лаборатории можно провести химический анализ воды и еще раз проанализировать ситуацию.

Данный метод анализа природных вод можно рекомендовать садоводам – любителям и всем интересующимся данной проблемой жителям нашего города.

Определение качества природных вод методом биотестирования в полевых условиях Текст научной статьи по специальности « Науки о Земле и смежные экологические науки»

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Александрова Виктория Викторовна

В статье предложена инновационная методика биотестирования и прибор «Экспресс-биотестор» для биотестирования в полевых условиях. Дано описание прибора, методика его применения, параметры и время тестирования. Рекомендованы сезоны года, а также даны рекомендации по использованию прибора в разных природных объектах.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Александрова Виктория Викторовна

DETERMINATION THE QUALITY OF NATURAL WATERS BY THE METHOD OF BIOTESTING IN FIELD CONDITIONS

In article the innovative technique of biotesting and the device “Express-biotestor” for biotesting in field conditions is offered. The device description, technique of its application, parameters and testing time is given. Seasons of year are recommended, and also recommendations about device use in different natural objects are made.

Текст научной работы на тему «Определение качества природных вод методом биотестирования в полевых условиях»

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРИРОДНЫХ ВОД МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

© 2013 В.В. Александрова

Нижневартовский государственный университет

Поступила в редакцию 15.05.2013

В статье предложена инновационная методика биотестирования и прибор «Экспресс-биотестор» для биотестирования в полевых условиях. Дано описание прибора, методика его применения, параметры и время тестирования. Рекомендованы сезоны года, а также даны рекомендации по использованию прибора в разных природных объектах.

Ключевые слова: методика биотестирования, тест-объект, «Экспресс-биотестор», Daphnia magna, Ceriodaphnia аffmis

Оценка качества природных и сточных вод в настоящее время проводится по результатам химических анализов проб воды, а так же по результатам биотестирования проб воды в лабораторных условиях. И тот, и другой метод имеет ряд недостатков. Недостатками оценки качества природных и сточных вод по результатам химического анализа является то, что для разных регионов характерна фоновая концентрация разных химических веществ, к примеру, высокие концентрации в воде водоемов Нижневартовкого района гуминовых кислот, ионов аммония, железа и марганца, а также части фенолов, образующихся при разложении растительных остатков, не зависят от антропогенной нагрузки и вызваны влиянием природных факторов, в частности, условиями формирования водотоков на территории района. Химический анализ проб воды не отражает характера взаимодействия веществ, а также не учитывается влияние температурного фактора. Цель биотестирования водной среды – выявление на гидробионтах степени и характера токсичности воды, загрязненной биологически опасными веществами и оценка возможной опасности этой воды, для водных и других организмов. Для тестирования вод природных водоемов главное требование – чувствительность тест-объектов к микроколичествам токсикантов, характерных для естественных вод [1]. Выбор стандартных условий проведения испытаний также немаловажен, как и выбор тест-объектов. При постановке опыта следует обязательно установить и учесть действующие факторы и диапазоны их изменения. К числу таких факторов следует отнести, в первую очередь, концентрацию токсиканта, продолжительность экспозиции тест-организмов в токсической среде и температуру воды, т.е. факторы,

Александрова Виктория Викторовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры экологии. E-mail: aleksandrovavv2006@yandex. ru

присутствующие в каждом эксперименте и практически неустранимые [2].

При выборе длительности опытов необходимо учитывать биологию тест-объектов, характер действия исследуемого вещества, цель и задачи биотестирования. Наиболее часто используются тесты по критериям выживаемости и плодовитости. Популяционный смысл критерия выживаемости заключается в том, что любая популяция неоднородна в отношении чувствительности к токсиканту, в ней есть особи резистентные и толерантные, и токсикант в плане дальнейшей судьбы популяции действует как фактор отбора. Одним из главных критериев благополучия, с точки зрения популяции, является соотношение между рождаемостью и смертностью. Учесть его в естественных условиях очень трудно, но оно отчетливо может быть охарактеризовано в опытах на синхронизированной тест-культуре беспозвоночных животных с коротким жизненным циклом.

Читайте также:  Почему болеют рыбы?

Главные достоинства биотестирования -простота и доступность приемов их постановки, высокая чувствительность тест-организмов к минимальным концентрациям токсических агентов, быстрота, отсутствие надобности в дорогостоящих реактивах и оборудовании. Одним из недостатков лабораторного биотестирования является то, что тестирование вод проводят в лабораторных условиях в краткосрочных и хронических экспериментах на изолированных популяциях организмов по ограниченному набору физиологических и поведенческих реакций, для отдельных факторов без какого-либо учета их возможного взаимодействия. При лабораторном тестировании обеспечивается набор оптимальных факторов для тест-объектов при том, что в естественных условиях возможны вариации абиотических и биотических факторов.

В течение шести лет 2004-2010 гг. проводилось обследование р. Обь методом хронического биотестирования на тест-объектах C. Аffims в лабораторных условиях. Были обследованы точки: 500

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 15, №3(3), 2013

м выше сброса устья протоки Б. Рязанка, 500 м ниже сброса устья протоки Б. Рязанка. Данные участки выбраны с целью отслеживания негативного влияния городских и промышленных стоков на воды р. Обь. Первая точка находится выше по течению, вторая ниже по течению относительно г. Нижневартовска. В период исследования проб воды р. Обь превышение ПДК отмечалось по таким показателям как: нефтепродукты, аммоний, медь, железо, фенолы, а также по таким показателям как ХПК, АПАВ. Нефтепродукты выше нормативов ПДК определялись редко (в 20% отобранных проб), превышение норм было незначительным 0,006-0,007 мг/л. Превышение нормативов ПДК по аммоний-иону отмечено в 42% случаев. В 62% проб меди определялось от 0,002 до 0,005 мг/л, аналогичное превышение уровней ПДК регистрировалось по содержанию количества фенолов от 0,002 до 0,004 мг/л. Количество железа в тестируемой воде в 100% случаев превышало допустимые пределы. Превышение нормативов ПДК по марганцу отмечено в 100% случаев за исследованный период, резкие скачки количества марганца в водах р. Обь преимущественно отмечаются в зимний период в первых кварталах года.

Корреляционную зависимость количества молоди тест-объекта C. affinis с количеством химических веществ в исследуемых пробах проводили с использованием функции КОРРЕЛ программы Excel. Связь между показателями биотестирования и химического анализа воды может быть отрицательной и положительной: когда значения одной переменной убывают, значения другой возрастают, это показывает отрицательный коэффициент корреляции. При положительной корреляции при увеличении одного параметра второй тоже увеличивается. Достоверность коррелятивной зависимости определяли, рассчитывая t-критерий и сравнивая его с табличным (t st) значением. При t> t st для данной доверительной вероятности наличие корреляции можно считать статистически достоверным [3]. Рассчитывалась как частная корреляция, так и множественная. Корреляционная зависимость токсичности по критериям выживаемости, проб воды р. Обь с результатами химических анализов составила: железо (r=0,09), марганец (r=0,29), аммоний (r=0,11), медь (r=0,07), нефтепродукты (r=0,02), фенолы (r=0,06), цинк (r=0,02), хлориды (r=0,1), нитраты (r=0,01), нитриты (r=0,09). Показатели положительно коррелируют с результатами биотестирования. Отрицательная корреляция отмечена лишь с фосфатами (r= – 0,03).

Корреляционная зависимость хронической токсичности по критериям плодовитости проб воды р. Обь с результатами химических анализов составила: железо (r= – 0,2), марганец (r=0,2), аммоний (r= -0,1), медь (r= – 0,07), нефтепродукты (r= -0,07), фенолы (r=0,03), цинк (r=0,01), нитраты (r=0,04), нитриты (r= -0,07), фосфаты (r=0,04), хлориды (r=0,01). Кроме того, рассчитывалась множественная коррелятивная зависимость токсичности проб воды по показателю плодовитости с такими химическими веществами, как марганец и цинк.

Показатель множественной корреляции составил r=0,4, показатель достоверен, так как полученный коэффициент больше максимального из парных или частных коэффициентов корреляции 0,4 > 0,01; 0,2; -0,06.

В связи с вышеизложенным встает вопрос о необходимости корректировки методики лабораторного биотестирования природных и сточных вод. Для решения данного вопроса предлагается использовать дополнительные методы, позволяющие адекватно интерпретировать результаты химического анализа и результаты лабораторного биотестирования. В данной статье описывается инновационная методика биотестирования, предложен прибор для осуществления биотестирования в полевых условиях. Предложены способы интерпретации результатов. Методика биотестирования с использованием «Экспресс-биотестора» основана на стандартной методике, однако особенность ее в том, что вывод о токсичности воды делается на основании сравнения результатов лабораторного биотестирования проб воды, полевого биотестирования воды с использованием «Экспресс-биотестора» непосредственно в водном объекте, с контрольными результатами.

Основной частью прибора «Экспресс-биотестор» является цилиндрический пластиковый сосуд вместимостью 300 мл. Он снабжен закрывающейся сверху крышкой. Высота емкости 10 см, на высоте 6 см по окружности емкость имеет отверстия диаметром 0,5 мм. К прибору прикреплен трос длиной 1,5 м, к верхней части троса прикреплен буй, способный удерживать вес 1 кг. Величина сосуда может варьировать в зависимости от размеров тест-объектов и целей эксперимента. Методика полевого биотестирования качества воды с использованием «Экспресс-биотестора» непосредственно в водном объекте заключается в следующем: крышка прибора открывается и емкость заливается культивационной водой, уровень воды составляет 6 см и не должен достигать отверстий, после чего в культивационную воду помещаются 10 тест-объектов Daphnia magna либо Ceriodaphnia affinis 24-часового возраста (разница между возрастом рачков не должна составлять более 8 часов, что определяется по размеру рачков и обеспечивается синхронизированным культивированием), либо другой тест-объект. Крышка прибора закрывается. Прибор с тест-объектами помещается непосредственно в водный объект на нужную глубину (глубина погружения регулируется длиной веревки) и в выбранном месте. Буй остается на поверхности воды, благодаря чему прибор можно будет легко обнаружить. При необходимости можно использовать груз. Отверстия в стенках емкости обеспечивают попадание и циркуляцию природной воды тестируемого водного объекта в «Экспресс -биотесторе», следовательно, тест-объекты окажутся в тестируемой среде. После окончания процедуры тестирования, а также при проведении процедуры регистрации выживаемости и плодовитости тест-объектов «Экспресс-био-тестор» вынимается из водного объекта, лишняя вода через отверстия

сливается, остается количество воды, необходимое для поддержания жизнедеятельности тест-объектов. Подсчет выживших особей, родившейся молоди, а также анализ результатов можно делать как в полевых условиях, так и в лаборатории. При необходимости продолжения опыта прибор возвращается в исходную точку.

Параметры и время тестирования можно выбрать в зависимости от целей тестирования и биологии тест-объекта. Если это острая токсичность, то показания можно снимать через 1 час, 24 часа, 48 часов, если определяется хроническая токсичность, то подсчет выживших особей и регистрация выметанной молоди должна производиться раз в сутки. При проведении биотестирования с использованием тест-объекта Ceriodaphnia аffims учет смертности цериодафний в опыте целесообразно проводить через каждый час до конца первого дня опыта, а затем 2 раза в сутки ежедневно до истечения 48 часов. Продолжительность хронического опыта на тест-объекте Ceriodaphnia аffims 7-10 суток, опыт считается законченным, если в контроле выживает 80% испытуемых цериодафний, а 60% и более из них дают три поколения молоди (первый помет при удовлетворительных условиях на 3-4 день и каждый следующий через 36-48 часов; при соблюдении удовлетворительных условий обычно происходит три помета за 7-10 суток эксперимента).

Отметим, что использование прибора возможно в летний период, а также поздней весной и ранней осенью. В озерах и стоячих водоемах возможно использование прибора без дополнительных

приспособлений, в реках с сильным течением рекомендуется использование груза или троса с креплением на берегу, для устранения потери прибора. Прибор спускается в воду на тросе, и может работать на разных глубинах. Наиболее успешно применять прибор при биотестировании вод на поверхности и на глубинах, не превышающих 1,5 м. «Экспресс-биотестор» может применяться для работы с лодки или судна, его необходимо опускать в воду в вертикальном направлении.

Использование «Экспресс-биотестора» устраняет недостатки биотестирования проб воды в лабораторных условиях в весеннее-летний и лет-нее-осенний период. Применение методики биотестирования с использованием прибора «Экс-пресс-биотестор» непосредственно в полевых условия исключает необходимость консервирования проб воды.

1. Брагинский, Л.П. Экспериментальное тестирование токсичности водной среды и повышение чувствительности биологических тестов / Л.П. Брагинский, В.Д. Береза, Т.И. Биргер и др. // Влияние загрязняющих веществ на гидробионтов и экосистемы водоемов. -Л. Наука, 1979. С. 324-336.

2. Брагинский, Л.П. Острая токсичность тяжёлых металлов для водных беспозвоночных при различных температурных условиях / Л.П. Брагинский, Э.П. Щер-бань // Гидробиол. журнал. 1978. №6. С. 86-92.

3. Елисеева, И.И. Статистика: учебник / И.И. Елисеева, А.В. Изотов, Е.Б. Капралова и др. – М.: КНОРУС, 2006. 552 с.

DETERMINATION THE QUALITY OF NATURAL WATERS BY THE METHOD OF BIOTESTING IN FIELD CONDITIONS

© 2013 V.V. Aleksandrova Nizhnevartovsk State University

In article the innovative technique of biotesting and the device “Express-biotestor” for biotesting in field conditions is offered. The device description, technique of its application, parameters and testing time is given. Seasons of year are recommended, and also recommendations about device use in different natural objects are made.

Key words: biotesting technique, test object, “Express-biotestor”, Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis

Глава 2. Методика проведения биотестирования воды

Методика основана на установлении различия между количеством погибших дафний в анализируемой пробе (опыт) и культивационной воде (контроль).

Критерием острой летальной токсичности является гибель 50% дафний и более в опыте по сравнению с контролем за 96 ч биотестирования.

2.1 Средства измерений, вспомогательные устройства, материалы и реактивы

Применяются следующие средства измерений, вспомогательные устройства, материалы и реактивы:

– микрокомпрессор аквариумный АЭН ТУ 16-064-011;

– лупа складная ГОСТ 7954, ТУ 3-3-227;

– груши резиновые разные (пипеточные луковицы) ТУ 38-106-003;

– термолюминостат, поддерживающий температуру воды (20±2)°С, освещенность (500+100) лк;

– термометр по ГОСТ 112 с ценой деления шкалы 1°С; холодильник, поддерживающий температуру (4±2)°С;

– рН-метр ГОСТ 25.7416.0171 или аналоги;

– колбы мерные по ГОСТ 1770, вместимостью 0,5 и 1,0 дм3 по ГОСТ 1770, 2 класса точности;

– бумагу фильтровальную по ГОСТ 12026;

– вату и марлю для изготовления ватно-марлевых пробок;

– пипетки мерные вместимостью от 1 до 10 см3 по ГОСТ 29227, 2 класса точности;

– посуду стеклянную: вместимостью 2 дм3 для культивирования дафний; вместимостью от 100 до 150 см3 для биотестирования; вместимостью 1 дм3 для транспортирования и хранения проб воды;

– цилиндры мерные вместимостью 0,1; 0,5 и 1,0 дм3 по ГОСТ 1770, 2 класса точности;

– дрожжи хлебопекарные по ГОСТ 171;

– культура зеленых водорослей (для корма – родов Chlorella или Scenedesmus).

2.2 Условия выполнения биотестирования

Биотестирование проводят в помещении, где не хранят и не работают с летучими веществами, не используют обработку помещения инсектицидами.

Объем пробы воды для определения острой летальной токсичности должен быть не менее 1 дм3.

Температура анализируемой пробы при биотестировании должна быть (20±2)°С, концентрация кислорода в пробе в начале биотестирования – не менее 6 мг/дм3. Если его концентрация ниже 6 мг/дм3, пробу аэрируют микрокомпрессором. Воздух должен подаваться равномерно до достижения концентрации кислорода 6 мг/дм3. Во время биотестирования пробу не аэрируют.

Битестирование проводят при рассеянном свете. Не допускается попадание прямых солнечных лучей на тест-объект. Длительность светового периода соответствует естественному. Рекомендуется использовать термолюминостат.

Плотность посадки односуточных дафний в опыте и контроле должна составлять 10 экземпляров на 100 см3. Повторность трехкратная.

2.3 Описание тест – объекта

В качестве тест-объекта используют лабораторную культуру дафний – Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea) (Приложени1, фото 1).

Хотя для первичной оценки острой токсичности воды можно было использовать и природных представителей. Однако необходимо помнить, что организмы, взятые в природных водоемах, генетически неоднородны, часто и обитают в загрязненных водоемах и адаптированы к различным загрязняющим веществам. Для корректного использования таких организмов в качестве тест-объектов для биотестирования следует, как минимум, провести их акклимацию в стандартных лабораторных условиях.

Оптимальным подходом можно считать более длительный и сложный, но оправданный путь – получения достаточного для экспериментов количества потомства во втором и последующих поколениях. У Дафны магна, например, потомство было получено от одной партеногенетической самки, которая дала начало новой лабораторной культуре.

Дафния магна одна из самых широко известных видов ветвистоусых рачков и самая крупная среди дафний, обитающих в наших водоемах. Она достигает длины 5-6 мм. Магна обычно живет в мелких водоемах. Тело у нее заключено в полупрозрачную двустворчатую раковину, скрепленную на спинке и расходящуюся на брюшной стороне.

Раковину дафния периодически сбрасывает и заменяет новой. Голова дафнии спереди вытянута в остренький “клюв” или “хоботок” На голове находятся два глаза, которые у полностью развитых экземпляров сливаются в один сложный глаз. У многих видов рядом с ним находится еще один небольшой глаз. На голове имеются две пары антенн. Передние антенны – палочковидные, очень маленькие. Зато задние антенны непропорционально велики по сравнению с телом. Они ветвисты, причем каждая ветвь антенны снабжена длинными перистыми щетинками. Задние антенны служат основным органом передвижения ветвистоусых, одновременно взмахивая обеими задними антеннами, рачки отталкиваются ими и таким образом плывут короткими скачками. Регулируя частоту взмахов антен, дафнии могут не только “парить”, но и подниматься в верхние слои воды или, наоборот, уходишь на глубину. Таким образом, они совершают вертикальные перемещения (миграции), связанные с поиском пищи, изменением температуры воды или времени суток. Грудной отдел ветвистоусых укорочен и состоит из 4 – 6 сегментов, каждый из которых снабжен парой ножек. У самок между спинной поверхностью тела и спинным краем раковины имеется обширная полость, выполняющая задачу выводковой камеры. В эту сумку откладываются яйца, где они и развиваются. Летом, в теплую погоду, в выводковой камере самки формируются неоплодотворенные яйца (по 50-100 штук у каждой особи), из которых выходят только самки, очень быстро покидающие тело матери. Поэтому, как правило, все пойманные летом дафнии оказываются самками. В течение всего лета самки размножаются партеногенетически. С наступлением холодов из некоторых яиц рождаются самцы, а у самок начинают образовываться яйца, которые могут развиваться лишь после оплодотворения самцом. Самцы у дафний редки, появляются обычно к осени и всегда значительно мельче самок. После оплодотворения ими самок образуются яйца (обычно не более двух), богатые желтком и совершенно непрозрачные. Оболочка с яйцами образует седлышко, или эфиппий. Эфиппии свободно плавают или опускаются на дно, они переносят замораживание и высыхание. Высохшие эфиппии разносятся ветром. Тепло и влага пробуждают яйца к жизни; из них выводятся самки, способные в течение многих поколений размножаться без самца.

Читайте также:  Лекарство для аквариумных и декоративных рыб Sera бактопур директ (Sera baktopur direct) - инструкция по применению

Изучение метода биотестирования природных и сточных вод на высших водных растениях в условиях школ и учреж- дений дополнительного образования

    Полина Веригина 3 лет назад Просмотров:

1 Н.Л. Иванова Изучение метода биотестирования природных и сточных вод на высших водных растениях в условиях школ и учреждений дополнительного образования Эколого-педагогическая деятельность будущего учителя предполагает вооружение его системой научных знаний по экологии, умениями и навыками изучать и оценивать состояние окружающей среды в соответствии с предметом своей специализации. Приемы экологической подготовки студентов могут быть самыми разнообразными: насыщение экологическим материалом в соответствии с предметом своей специализации базовых учебных дисциплин, проведение спецкурсов, спецпрактикумов и факультативов по проблемам экологии и охраны природы, участие в работе экспедиций и т.д. В настоящее время возникла острая необходимость готовить будущих учителей к проведению практической экологической работы и в школе, и в учреждениях дополнительного образования. На наш взгляд, обучение школьников современным научным методам оценки качества природных вод с помощью растений позволит конкретизировать экологическое образование, создать эффект сопереживания и соучастия школьников в решении проблем охраны природы. Реальное понимание происходящих явлений у школьника формируется при изучении конкретных биоценозов, поэтому исследование их с помощью выбранных нами методов углубит их знания о взаимодействии общества и природы, вовлечет в практическую деятельность по восстановлению экосистем своего села, города, района, края. Нами разработана программа по изучению теоретических основ оценки состояния природных вод и лабораторный практикум для выработки определенных практических 1

2 умений и навыков у школьников. Перед тем как непосредственно перейти к постановке опытов по оценке качества природной воды, предварительно с учениками нужно рассмотреть круг вопросов, который необходим для осмысления полученных результатов исследований. Вначале им необходимо ознакомиться с понятиями “гидробиологический мониторинг”, “загрязнение водоемов”, они должны рассмотреть основных загрязнителей окружающей среды, источники поступления их в водоемы и механизмы их действия на живые организмы. Далее изучаются адаптации гидробионтов к различным загрязнителям. Особый интерес у школьников может вызвать изучение совместного действия токсических веществ, формы которых разнообразны. Учащимся необходимо ознакомиться с нормативными требованиями к качеству воды. Они узнают о предельно допустимых концентрациях (ПДК), предельно допустимом сбросе (ПДС), о том, как они устанавливаются, и о биологических показателях очистки сточных вод: биологическом потреблении кислорода (БПК) и химическом потреблении кислорода (ХПК). И завершит эту теоретическую подготовку изучение экологических основ охраны гидросферы, в том числе и методов оценки качества природных вод. Ученики выяснят для себя, чем биологическая индикация отличается от биотестирования, экотестирования, плюсы и минусы перечисленных биологических приемов. Достаточно долгое время бытовало мнение, что внедрение многих методик научных исследований затруднено из-за бедной материальной базы школ. Использование же методов биотестирования для оценки качества природных и сточных вод как раз возможно из-за простоты их исполнения. Для них не требуется какой-либо сложной аппаратуры, особых условий содержания растений при проведе- 2

3 нии исследований [1; 2]. Однако анализ источников литературы по школьному экологическому мониторингу за последние двадцать лет показал, что данные методы неоправданно обходят стороной [6]. В настоящее время биотестирование находит широкое применение в токсикологическом контроле, так как оно может быть использовано как для оценки токсичности загрязняемых вод, так и для контроля токсичности сточных вод, ускоренной оценки токсичности экстрактов для проведения химического анализа в лабораторных целях, позволяет устанавливать и источники загрязнения [3; 4; 5]. Биотестирование можно проводить на бактериях, пиявках, моллюсках, рыбах и других водных организмах [5]. Мы работали с высшими водными растениями ряской малой и элодеей канадской. Наше внимание к ним было вызвано тем, что они, находясь в массовом развитии и состоянии вегетации, могут оказывать существенное влияние на физико-химические показатели воды и процессы самоочищения. Кроме того, повсеместная распространенность в водоемах страны, способность расти на несложных по составу искусственных средах, нетребовательность специальных условий для культивирования, легкость сбора данных растений из естественных популяций и высокая чувствительность (к некоторым веществам они более чувствительны, чем зоопланктон и моллюски) делает их уникальными тест-объектами в биологическом мониторинге водной среды, осуществляемым не только специалистами, но и школьниками. Напомним, что при установлении ПДК вредных веществ, сбрасываемых в водоемы, погруженное растение элодея канадская и полупогруженное растение ряска малая являются обязательными тест-организмами. Наши исследования показали, что летом и осенью успешно можно использовать оба вида растений, а зимой и весной лучше элодею, так как в это время в школьных условиях ее 3

4 легче содержать в жизнеспособном состоянии. Обучение школьников биотестированию на растениях не составит труда и всегда вызовет живой интерес. Они собственными глазами увидят, как живые организмы в водоеме являются мишенью для нежелательных вредных воздействий загрязнителей и могут воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик. При проведении этой работы ученики овладеют умениями логично раскрывать сущность и причины возникновения проблемы охраны водоисточников от загрязнения, конкретизировать ее, используя результаты собственных исследований с помощью биотестирования, а также анализируя научную литературу. Они будут способны оценить состояние водной среды своей родины, поведение человека в ней и заботиться о будущем, то есть делать выводы научного и нравственного плана. В ходе этой работы сформируются практические умения. Они смогут планировать и выполнять коллективные и индивидуальные виды работ по оценке качества природной воды. Исходя из сказанного, мы считаем, что необходимо широкое внедрение изучения метода биотестирования с помощью высших водных растений среди студентов как будущих учителей, в школах, а также в учреждениях дополнительного образования. Для проведения исследований качества природных (сточных) вод со школьниками нами разработан ряд лабораторных работ по биотестированию на макрофитах с использованием методики В.М. Король [4]. Рассмотрим одну из них. 4

5 Работа Изменение выживания и морфо-физиологических показателей высших водных растений ряски малой и элодеи канадской под влиянием дихромата калия (К2 Сг207). Цель. Исследовать особенности реагирования водных растений как важнейшего компонента водных биоценозов на загрязнение среды соединениями Сг. Задачи: 1. Изучить морфо-физиологические особенности водных растений (ряски и элодеи) в связи с их водным образом жизни. 2. Продолжить формирование навыка работы с микроскопом. 3. Продолжить формирование умений по приготовлению растворов разных концентраций токсиканта. 4. Изучить метод биотестирования на макрофитах, позволяющего оценить степень загрязнения природных водоемов и определить качество воды. 5. Исследовать в ходе эксперимента действие токсиканта (К2 Сг207) на водные растения (ряску и элодею) по некоторым морфо-физиологическим показателям. I. Тест-объект: Ряска малая Lemna minor; элодея канадская Elodea canadensis. II. Токсикант: Дихромат калия (К2 Сг207) в концентрациях 0,03; 0,15; 0,3; 3,0 мг/л. III. Аппаратура: Термометр, световой микроскоп, ученические лупы, предметные стекла, пинцет, ученическая линейка, стаканы (для проведения опыта на ряске) и кристаллизаторы (для проведения опыта на элодее). 5

6 IV. Условия лабораторного содержания. Водные растения (ряска и элодея) отлавливаются из природной популяции условно “чистого” водоема, не подвергшегося воздействию загрязнения. Отбираются жизнеспособные растения, в хорошем физиологическом состоянии: зеленые молодые верхушечные побеги элодеи длиной 4 см, без видимых повреждений, с неповрежденными точками роста, не имеющие боковых отростков и корней. В популяции рясок отбирают одинаковые экземпляры, имеющие по одной сформированной и одной развивающейся лопасти, одному корню с неповрежденным корневым чехликом и одинаковой длиной. Воду для проведения опытов с элодеей и ряской берут из “чистого”, охраняемого водоема или незагрязненных участков реки в районе выше города (любого населенного пункта). Доставленную в лабораторию воду процеживают через воронку с планктонным ситом во избежание попадания простейших, коловраток и других организмов и заливают в аквариум с постоянной продувкой воздуха. Воду для опыта можно использовать только через 4-5 суток после ее отстаивания. Опыты ведут при температуре С продолжительностью 30 суток. Смену опытных растворов проводят через 5 суток, одновременно меняют воду в контроле. V. Ход работы. Для проведения данного эксперимента: 1. Жизнеспособные растения (5 экземпляров) в хорошем физиологическом состоянии помещают в каждый сосуд. 2. Приготавливают растворы дихромата калия в концентрациях 0,03; 0,15; 0,3 и 3,0 мг/л. Для этого можно приготовить исходный раствор токсиканта высокой концентрации, а далее путем разбавлений полу- 6

7 чить нужную концентрацию исследуемого вещества. 3. Предварительно отобранные растения ряски и элодеи помещают в опытные (речная вода + токсикант) с концентрациями дихромата калия (0,03; 0,15; 0,3; 3,0 мг/л) и контрольные (речная вода из условно “чистого” водоема) сосуды. 4. Сосуды размещают у окон на дневном рассеянном свету с южной стороны с освещенностью не менее 1500 лк. Рядом ставят стакан с термометром для измерения температуры растворов. 5. Снятие биологических показателей в опыте проводят на 1, 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25, 30-е сутки. Погибшие растения удаляют. Повторность двух- или трехкратная. VI. О степени токсичности веществ судят по следующим морфо-физиологическим показателям жизнедеятельности растений: у ряски: по состоянию растения (побурение и повреждение листецов и др.), по выживаемости (число растений), по числу и длине корней (мм), по числу лопастей. у элодеи: по состоянию растения (побурение, отрыв листочков, разрушение побега и др.), по выживаемости (число растений), по числу и длине корней (мм), по приросту главного побега, по суммарному приросту элодеи (прирост главного и боковых побегов вместе), по числу боковых побегов у растений. 7

8 VII. Обработка результатов. По окончании опыта полученный цифровой материал вносится в рабочие таблицы. Таблица Динамика морфо-физиологических показателей ряски (элодеи) при воздействии дихромата калия в различных концентрациях Сутки Концентрация токсиканта, мг/л Показатели Состояние растений 8 Выживаемость Число корней 1* 0,15 0,03 0,3 3,0 Контроль Примечание: * в таблицу вносятся данные по всем исследуемым суткам. Длина корней При составлении таблицы по данному эксперименту для ряски и элодеи используются морфо-физиологические показатели, приведенные выше в (пункте VI) данной лабораторной работы. VIII. Построение графиков. Полученные данные можно представить в виде графиков. 1. По оси ОХ откладывают сутки, по оси OY % от контроля и получают динамику числа корней (любого другого показателя) при различных концентрациях вещества 2. По оси ОХ откладывают сутки, по оси OY абсолютные величины выбранного показателя и получают динамику числа корней (любого другого показателя) при различных концентрациях вещества. 3. По оси ОХ через разные отрезки отмечают значения концентраций, по оси OY соответственно им значения любого показателя на одни какие-либо сутки,

9 как правило, на 1,5,15, то есть те, где отмечаются наибольшие отклонения от контроля. Получаемое изображение будет отражать изменение данного показателя при различных концентрациях дихромата калия на ti-тые сутки, при этом можно использовать как абсолютные значения, так и относительные (% к контролю). IX. Выводы: Сделать выводы о степени токсичности воды с определенной концентрацией дихромата калия для растений. На основании данных, представленных на графиках или в таблицах, получают картину воздействия токсических веществ на элодею и ряску в диапазоне испытанных концентраций. По выживаемости растений устанавливают летальные (гибель в течение 5-10 суток) и хронические летальные концентрации (гибель на 15-е и далее сутки). Отрицательным считается воздействие, при котором отмечаются значительные изменения (более чем на ± 25 % от уровня контроля) биологических показателей: выживаемости растений, прироста основного побега, длины боковых отростков и корней, суммарного прироста растений. Максимальная недействующая (безвредная) концентрация это та, которая не вызвала в течение всего опыта существенных (более ± 25%) отклонений от контроля биологических показателей. Литература 1. Лысенко, Н.Л. Водоросли как объекты экологического практикума в сельской школе [Текст] / Н.Л. Лысенко // Методическая работа вуза как фактор развития сельской школы: материалы Всеросс. конф. «Педагогическая инициатива и сельская малокомплектная школа / под ред.ф.с. Авдеева. Орел: ОГПУ, С Лысенко, Н.Л. Методы биотестирования в экологическом практикуме [Текст] / Н.Л. Лысенко // VII Ломоносовские международные 9

10 чтения: тезисы докл. научно-практ. конференции «Непрерывное экологическое образование: содержание, технология, перспективы» ноября 1995 г. Архангельск: Изд-во Поморского международного пед. ун-та им. М.В. Ломоносова. С Методы биоиндикации и биотестирования природных вод [Текст] // сб. науч. тр. / под ред. В.А. Брызгало, Т.А. Хоружая. Л.: Гидрометеоиздат, с. 4. Теоретические вопросы биотестирования [Текст] // сб. науч. тр. / под ред. проф. В.И. Лукьяненко. Волгоград: ИБВВ АН СССР, с. 5. Филенко, О.Ф. Водная токсикология [Текст] / О.Ф. Филенко. М.: МГУ, с. 6. Экологический мониторинг: учебно-методическое пособие [Текст] / под ред. Т.Я. Ашихминой. М.: Академический Проект, с. СОДЕРЖАНИЕ Изучение метода биотестирования природных и сточных вод на высших водных растениях в условиях школ и учреждений дополнительного образования. 1 Работа. 5 Литература

Ссылка на основную публикацию