Лабаторина О.С.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПТИЦЕФАБРИКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПОЧВЫ *
Аннотация:
в статье дана оценка состояния почвенного покрова в зоне деятельности птицефабрики методом биотестирования. В качестве тест-объектов для оценки состояния почвенного покрова были использованы ракообразные-дафнии (Daphnia magna Straus). Суть метода заключалась в установлении разницы между количеством погибших дафний в анализируемой пробе (опыт) и контроле. Для оценки были применены показатели средней летальной концентрации отдельных веществ (кратность разбавления водной вытяжки из почв, грунтов), вызывающая гибель 50 % и более тест-организмов за 48-часовую экспозицию, а также безвредная кратность разбавления водной вытяжки, вызывающую гибель не более 10 % тест-объектов за 48-часовую экспозицию. Использовался пробит-анализ, была получена на графике линейная зависимость
Ключевые слова:
биотестирование, дафния, тест-объект, концентрация, почва, окружающая среда, птицефабрика
УДК 504
Лабаторина О.С.
магистрант
ФГБОУ ВО «Поволжский государственный технологический университет»
(г. Йошкар-Ола, Россия)
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПТИЦЕФАБРИКИ
НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ С ПРИМЕНЕНИЕМ
МЕТОДА БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПОЧВЫ
Аннотация: в статье дана оценка состояния почвенного покрова в зоне деятельности птицефабрики методом биотестирования. В качестве тест-объектов для оценки состояния почвенного покрова были использованы ракообразные-дафнии (Daphnia magna Straus). Суть метода заключалась в установлении разницы между количеством погибших дафний в анализируемой пробе (опыт) и контроле. Для оценки были применены показатели средней летальной концентрации отдельных веществ (кратность разбавления водной вытяжки из почв, грунтов), вызывающая гибель 50 % и более тест-организмов за 48-часовую экспозицию, а также безвредная кратность разбавления водной вытяжки, вызывающую гибель не более 10 % тест-объектов за 48-часовую экспозицию. Использовался пробит-анализ, была получена на графике линейная зависимость.
Ключевые слова: биотестирование, дафния, тест-объект, концентрация, почва, окружающая среда, птицефабрика.
Исследование уровня влияния современных птицеводческих хозяйств различной специализации на окружающую среду является важным для своевременного предупреждения и внедрение необходимых мер по улучшению экологического состояния в целом и содействия производству качественной продукции. Экологическая оценка состояния природных экосистем является одним из путей для прогнозирования изменений в окружающей природной среде в условиях интенсификации получения мяса птицы и яиц.
Результирующий ответ биологических систем на комбинированное действие экотоксикантов не может быть предсказан на основе информации, полученной по результатам физико-химических анализов или эффектов их индивидуального действия. По этой причине наибольшее распространение получили методы комплексной оценки качества экосистем и их отдельных компонентов (воды, почвы, воздуха), включая биотестирование.
Биотестирование – оценка качества объектов окружающей среды (преимущественно в лабораторных условиях) с использованием живых организмов.
Данный метод заключается в определении действия токсикантов на специально выбранные организмы в стандартных условиях с регистрацией различных показателей: поведение тест-объектов, их физиологическое состояние и биохимический состав. Биотестирование широко применяется для контроля качества природных и токсичности сточных вод, при проведении экологической экспертизы новых технологий очистки стоков, при обосновании нормативов предельно допустимых концентраций загрязняющих компонентов [4]. Применение биотестирования имеет ряд преимуществ перед физико-химическим анализом: не всегда удается обнаружить неустойчивые соединения или количественно определить ультрамалые концентрации экотоксикантов физико-химическим методом. Достаточно часто происходят случаи, когда выполненный современными методами химический анализ не выявляет наличие токсикантов, в то время как использование тест-объектов свидетельствует об их присутствии в исследовательской среде. Биотестирование дает возможность получить интегральную оценку токсичности, что делает весьма перспективным его применение при опытах. В отличие от биоиндикаторов (одним из главных требований к которым является толерантность), тест–объекты обычно выбирают среди видов, наиболее чувствительных к загрязняющим компонентам. Во-вторых, влияние токсиканта на тест-объект должно вызвать ответную реакцию, аналогичную или близкую к реакции лабораторных организмов. Знание механизмов специфического токсического действия позволяет ослабить или усилить действие токсиканта с помощью специально подобранных фармакологических средств. Если последние обладают селективностью, то в ряде случаев становится возможным с помощью тест-объектов не только выявить токсический эффект, но и выполнить групповую идентификацию токсиканта. Усиление действия при помощи фармакологических средств позволяет снизить порог обнаружения токсиканта, не концентрируя его (прием, обычный при инструментальном физико-химическом анализе примесей) [5]. В биотестировании основным параметром оценки загрязнения выступает не концентрация поллютантов, а реакция и ответ живого организма. Преимуществом биотестирования токсичности загрязненной среды является учет влияния антагонистических и синергических взаимодействий загрязнителей, оценка совместной биологической активности влияния физико-химических факторов на биоту.
Биотестирование представляет собой методический прием, основанный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсического, на организм, его отдельную функцию или систему организма. Живые организмы способны реагировать на меньшие концентрации токсикантов, чем какой-либо датчик. Биота реагирует на токсическое воздействие, которое не регистрируется техническими средствами. Использование данных методов имеет свои преимущества, а именно: относительная простота, высокая чувствительность и главное, возможность получить информацию, которую не могут дать традиционные методы химического анализа, делают биотестирования незаменимым элементом контроля состояния окружающей среды.
Тест на дафнии, основанный на оценке выживаемости in vitro, плодовитости и качества потомства тестовых образцов, является одним из основных тестов, используемых во многих странах мира для определения качества почвы, природных и сточных вод. Это объясняется тем, что дафнии являются важным компонентом пресноводного зоопланктона, имеют короткий жизненный цикл, легко культивируются в лабораторных условиях и обладают высокой чувствительностью к токсикантам различной природы.
Токсичность оценивается по изменению определенного набора форм поведения, таких как кувыркание, извивание, равномерное распределение в заданном объеме или физиологическое состояние (дыхательный ритм, сердцебиение, цвет тела, абортизации яиц и эмбрионов, двигательная активность или изменения в выживаемости и плодовитости). О токсичности воды судят по значительному изменению определяемого параметра по сравнению с контрольной группой.
В международных стандартах для биотестирования на дафниях указано, что результаты применимы только к Daphnia magna. Вода для культуры ракообразных берется из незагрязненных водоемов, либо используется водопроводная вода, дехлорированная путем аэрации в течение 7-10 дней. В качестве корма используются протококковые зеленые водоросли (хлорелла) или сухие хлебопекарные дрожжи. Маточные культуры дафний содержат в цельностеклянных аквариумах с плотностью посадки 20 – 30 дафний на 1 л воды. Вода в аквариумах обновлялется наполовину каждые 7-10 дней. Для экспериментов выращивают синхронизированную культуру рачков от одной особи. Дафнии генетически однородны, имеют одинаковый возраст и развиваются в одно и то же время, поэтому можно максимально избежать разнос результатов. Для этого половозрелые дафнии помещаются по одной в чашку, содержащую 100 мл воды. Молодые рачки (30-40 особей) отбирают у наиболее плодовитых самок и помещают в аквариум объемом 2 литра.
В эксперименте используют однопометную молодь второго поколения. В краткосрочных экспериментах основным показателем токсичности является выживаемость ракообразных.
Время гибели ракообразных характеризуется неподвижностью (иммобилизацией): дафнии лежат на дне чашки без плавательных движений и не приходят в себя при легком касании толщи воды или встряхивании чашки. В качестве дополнительного показателя в остром эксперименте можно учитывать изменения цвета тела, кишечника, жирового тела и поведенческие реакции.
Преимущества дафний как объекта биологических исследований:
В качестве тест-объектов для оценки состояния почвенного покрова в зоне деятельности птицефабрики были использованы ракообразные-дафнии (Daphnia magna Straus).
Экспериментальные исследования водных вытяжек из почв с использованием Daphnia magna Straus проводились по методике ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06 (ПНД Ф Т 16.1:2.3:3.9-06) «Методика определения острой токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по смертности дафний (Daphnia magna Straus)» [6].
Методика биотестирования с использованием дафний основана на установлении разницы между количеством погибших дафний в анализируемой пробе (опыт) и контроле. Для оценки используют показатели:
– ЛКР50-48 – средняя летальную концентрацию отдельных веществ (кратность разбавления водной вытяжки из почв, грунтов), вызывающая гибель 50 % и более тест-организмов за 48-часовую экспозицию;
– БКР10-48 - безвредная кратность разбавления водной вытяжки, вызывающую гибель не более 10 % тест-объектов за 48-часовую экспозицию.
Критерием острой летальной токсичности является гибель 50% дафний и более в опыте за 96 ч биотестирования. При определении острой токсичности критерием служила смертность тесторганизмов в отношении контроля. Вывод о наличии хронической действия делали на основании установления достоверности различия между показателями выживаемости или плодовитости в контрольной и тестируемых пробах воды.
Лабораторную культуру дафний вели на отстоянной водопроводной воде и перед экспериментом проверяли на чувствительность.
Для проверки острой токсичности использовали молодые дафнии в возрасте до 24 ч. В стаканчики наливали по 100 мл контрольной и исследуемой воды без разбавления. Повторность трехкратная. В каждый стаканчик помещали по 30 молодых дафний и экспонировали при оптимальных условиях в течение 96 часов. При кратковременном биотестировании дафний не кормили. Учет выживших дафний проводили через 1, 6, 24, 48, 72 и 96 часов. Затем вычислялось выживание (или смертность) объектов в различных пробах. Так, почвенная вытяжка считается остротоксичной, если гибель тест-организмов за 96 часов составляет 50% и более.
Рассчитывали процент погибших в тестируемой воде дафний (А, %) по сравнению с контролем по формуле:
,
где XK – количество выживших дафний в контроле;
XT – количество выживших дафний в тестируемой воде.
Обор проб почвы осуществлялся по методу конвертов с глубины до 20 см по ГОСТ 17.4.3.01-2017 «Охрана природы (ССОП). Почвы. Общие требования к отбору проб». Отбор проб почвы проводился на пробных площадках, закладываемых таким образом, чтобы исключить искажение результатов анализов под влиянием окружающей среды. Объединенная проба составлялась из 5 точечных проб, массой не менее 1 кг.
Из отобранных образцов почв готовили почвенные вытяжки, которые анализировали с использованием биотестирования.
Результаты биотестирования с использованием тест-объекта Daphnia magna Straus представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Результаты биотестирования с использованием тест-объекта Daphnia magna Straus
|
Проба |
Исследуемая концентрация водной вытяжки из почвы, % |
Время, ч |
Количество выживших дафний |
Смертность дафний в опыте, в % к контролю |
Оценка качества водной вытяжки |
||
|
в контроле |
в опыте |
ЛКР50-48 |
БКР10-48 |
||||
|
№ 1
|
6,25 |
48 |
30 |
29 |
3 |
24,9%-ная концентрация или разбавление в 4 раза |
10,5%-ная концентрация или разбавление в 10 раз |
|
12,5 |
26 |
13 |
|||||
|
25 |
21 |
30 |
|||||
|
50 |
3 |
90 |
|||||
|
100 |
0 |
100 |
|||||
|
№ 2
|
6,25 |
48 |
30 |
29 |
3 |
28,4%-ная концентрация или разбавление в 4 раза |
11,1%-ная концентрация или разбавление в 9 раз |
|
12,5 |
25 |
17 |
|||||
|
25 |
20 |
33 |
|||||
|
50 |
14 |
53 |
|||||
|
100 |
0 |
100 |
|||||
Чтобы получить на графике линейную зависимость, используется пробит-анализ. Значения пробитов устанавливают в соответствии с таблицей 3 в ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06. Количество погибших дафний и соответствующие им пробитные значения вносим в таблицу 1.
Из уравнения линии тренда y=kx±b получаем значения величин соответствующие величинам у:
х = (y–b)/k = lgС.
Логарифм концентрации исследуемой водной вытяжки, вызывающей 50 % -ное ингибирование тест-параметра за 48 часов экспозиции (y=5,0). Отсюда:
С50-48 = 10х.
Так же рассчитывается безвредная кратность (y=3,72).
По значениям пробитов и логарифмам концентрация строится график (рис. 7-14).
Расчетные значения заносятся в таблицу 2.
Таблица 2 – Значения десятичных логарифмов для исследованных концентраций водных вытяжек из почв и пробитное значение от экспериментально установленного процента гибели дафний
|
Проба |
Концентрация водной вытяжки из почвы С, % |
lgC |
Смертность дафний в опыте, % |
Пробитное значение для % гибели дафний |
|
Площадка № 1 (точка 1) |
6,25 |
0,7959 |
3 |
3,12 |
|
12,5 |
1,0969 |
13 |
3,83 |
|
|
25 |
1,3979 |
30 |
4,48 |
|
|
50 |
1,6990 |
90 |
6,28 |
|
|
100 |
2,0000 |
100 |
7,33 |
|
|
Площадка № 1 (точка 2) |
6,25 |
0,7959 |
3 |
3,12 |
|
12,5 |
1,0969 |
17 |
4,05 |
|
|
25 |
1,3979 |
33 |
4,56 |
|
|
50 |
1,6990 |
53 |
5,08 |
|
|
100 |
2,0000 |
100 |
7,33 |
Проба 1
Рисунок 1 – График зависимости пробитного значения гибели дафний от логарифма концентраций исследуемой водной вытяжки пробы 1
Рисунок 2 – График зависимости пробитного значения гибели дафний от логарифма концентраций исследуемой водной вытяжки пробы 2
Анализ полученных результатов биотестирования с применением Daphnia magna Straus показывает, что водная вытяжка из почвы в зоне деятельностью птицефабрики не обладает острой токсичностью и не оказывает негативное воздействие на экосистему.
Заключение
В биотестировании основным параметром оценки загрязнения выступает не концентрация поллютантов, а реакция и ответ живого организма. Преимуществом биотестирования токсичности загрязненной среды является учет влияния антагонистических и синергических взаимодействий загрязнителей, оценка совместной биологической активности влияния физико-химических факторов на биоту.
Методом биотестирования установлено, что водная вытяжка из почвы в зоне деятельности птицефабрики не обладает острой токсичностью и не оказывает негативное воздействие на экосистему.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование [Текст] / под ред. О. П. Мелехова, Е. И. Сераульцева. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 288 с.
Евстифеева, Т. Биологический мониторинг [Текст] / Т. Евстифеева, Л. Фабарисова. – Оренбург : ОГУ, 2012. – 119 с.
Колесникова, И. А. Оценка влияния птицеводческих предприятий на окружающую среду [Текст] / И. А. Колесникова // Вестник Науки и Творчества. – 2016. – № 8. – С. 82-85.
Кузнецов, А.Е. Прикладная экобиотехнология [Текст] / А.Е. Кузнецов. – М.: БИНОМ Лаборатория знаний, 2010. – 485 с.
Ляшенко, О.А. Биоиндикация и биотестирования в охране окружающей среды [Текст] / О.А. Ляшенко. – СПб. : СПб ГТУРП,
2012. – 67 с.
ПНД Ф Т 14.1:2:4.12-06 Методика определения острой токсичности питьевых, пресных природных и сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по смертности дафний (Daphnia magna Straus).
Номер журнала Вестник науки №6 (51) том 3
Ссылка для цитирования:
Лабаторина О.С. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПТИЦЕФАБРИКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПОЧВЫ // Вестник науки №6 (51) том 3. С. 329 - 340. 2022 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/5928 (дата обращения: 19.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2022. 16+