Биотестирование загрязнения воды

С помощью водных растений

Цель работы: Освоить методику биотестирования сточных вод по ростовым реакциям элодеи канадской.

Теоретические положения

Методы биотестирования основаны на ответной реакции живых организмов на негативное воздействие загрязняющих веществ, способны давать достоверную информацию о качестве окружающей среды. По своей сути биотестирование – это экологическая диагностика состояния биоты, выполненная в условиях биологического моделирования. Всякое моделирование это перенос знаний с простой системы (смоделированной экосистемы в лабораторном эксперименте) на более сложную (экосистему в реальных условиях). Насколько это достоверно, будет зависеть от выбора тест-организмов и от метрологических характеристик и статистической обработки данных.

Биотестирование в своем развитии прошло несколько этапов:

1-й этап. История становления технологий экологической диагностики – методов биотестирования началась в Средние века c использования канареек для индикации появления рудничного газа в горных выработках. Поведение птицы или ее гибель оповещало шахтеров о грозящей им опасности.

2-й этап. Биотестирование как способ оценки качества воды вошло в практику в начале ХХ в., когда для токсикологической характеристики использовали «рыбную пробу». Первые биотесты на дафниях и циклопах были выполнены в 1918 г. В дальнейшем основным тест-объектом длительное время служила Daphnia magna.

3-й этап. С 1980 г. началось бурное развитие и внедрение методов биотестирования как показателя оперативной интегральной диагностики качества воды, методики апробировали и рекомендовали для определения токсичности природных и сточных вод.

В 1990 г. Госкомитетом СССР по охране природы было подготовлено и утверждено «Методическое руководство по биотестированию вод (РД 118-02-90)», а затем были подготовлены и утверждены методики с использованием в качестве тест-объектов инфузорий и ракообразных (ПНДФ Т 14.1:2:3:4.2-98, ПНДФ Т 14.1:2:3:4.3-99, ПНДФ Т 14.1:2:3:4-99,) и для определения токсичности вод, почв и донных отложений – метод биотестирования по ферментативной активности бактерий (ПНДФ Т 14.1:2:3:4.1-96, ПНДФ Т 16.2:2:3:1.2.-96). ПНДФ Т – федеральный природоохранный нормативный документ, регламентирующий токсикологические методы контроля.

Токсичность определяется с помощью следующих критериев:

При использованиим бактерий регистрируется интенсивность размножения клеток, биолюминисценции;

– активность окислительных ферментов бактерий активного ила. В биотесте с использованием плесневых грибов и актиномицетов регистрируется ростовая реакция тест-объектов;

– в биотестах на водорослях используются различные реакции: интенсивность размножения клеток, уровень медленной люминесценции, иммобилизация клеток и зооспор, биоэлектрическая реакция, плазмолиз, фотосинтетическая активность клеток, способность клеток к дифференциальному окрашиванию.

– в методах с использованием простейших регистрируется интенсивность размножения, двигательная активность и морфологические изменения.

– в биотестах на дафниях учитываются выживаемость, плодовитость, сукцинатдегидрогеназная активность, интенсивность дыхания и сердцебиения.

В настоящее время существует государственный реестр методов биотестирования, применяемых для целей производственного экологического контроля качества вод, почв и промышленных отходов, включающий:

w Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний (Daphnia magna) ФР.1.39.2001.00283. В методике оценивают смертность 50 % дафний за 96 часов (острая токсичность). Достоверное снижение плодовитости за 24 суток в сравнении с контролем (хроническая токсичность).

w Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний (Ceriodaphnia affinis) ФР.1.39.2001.00282. В методике оценивают смертность 50 % дафний за 48 часов (острая токсичность). Достоверное снижение плодовитости за 7 суток в сравнении с контролем (хроническая токсичность).

w Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей (Scenedesmus quadricauda). ФР.1.39.2001.00284. В методике оценивают изменение численности клеток водорослей за 96 часов экспозиции (острая токсичность). Изменение численности водорослей за 14 суток (хроническая токсичность). Изменение интенсивности свечения.

w Определение токсичности воды, почвы по хемотаксической реакции инфузорий (Paramecium caudatum). Оценивается хемотаксическая реакция.

Основными нормативно-правовыми документами для биотестирования являются:

w МУ 2.1.4.1057-01. Организация внутреннего контроля качества санитарно-микробиологических исследований воды;

w ПНД Ф 12.1;2;2.2;2.3.2-03. Отбор проб почв, грунтов, осадков биологических очистных сооружений, шламов промышленных сточных вод;

w ПНД Ф СБ 14.1.92-96. Методы санитарно-биологического контроля. Методическое руководство по гидробиологическому контролю нитчатых микроорганизмов активного ила;

w ПНД Ф Т 14.1;2;3;4.1-96, 16.2;2.2.1-96. Токсикологические методы контроля. Методика определения токсичности вод, почв и донных отложений по активности бактерий;

w Р 52.24.695-2007. Оценка токсического загрязнения природных вод и донных отложений водных экосистем по коэффициенту регенерации популяции;

w ФР 1.39.2007.03221. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости цериодафний;

w ФР 1.39.2007.03222. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды по смертности и изменению плодовитости дафний;

w ФР 1.39.2007.03223. Биологические методы контроля. Методика определения токсичности вод по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей.

В нормативно-технических документах («Правила охраны поверхностных вод», ГОСТ 17.0.004-90, РД 118-02-90. «Методическое руководство по биотестированию воды» и др.) биотестирование ут­верждено в качестве обязательного элемента системы контроля водоотведения. Введено нормативное требование к качеству сточных вод, сбрасываемых в водные объекты, которое основано на интег­ральном показателе – «токсичность воды» – сточная вода на сбросе в водный объект не должна оказывать острого токсичного действия на тест-объекты. Тест-объект – это организм, по степени влияния на который судят о токсичности водной среды. Сточная вода на сбросе в водный объект не должна оказывать острого токсичного действия на тест-объекты. Критерием острого токсичного действия на тест-объекты является гибель в ней 50 и более процентов тест-объектов по сравнению с контрольными за установленное время.

Порядок выполнения работы

1. По заданию преподавателя соберите в близлежащем водоеме водное растение элодею канадскую.

2. Отберите пробу сточной воды из очистных сооружений.

3. Для определения степени острого токсичного действия сточной воды на сбросе в водный объект проводят кратковременное биотес­тирование пробы воды либо ее разбавлений в течение 24 часов или хронического в течение 7 суток при использовании ростовой реакции высшего водного растения – элодеи канадской. Находят кратность разбавления исходной сточной воды, при которой устраняется ост­рое токсичное действие на тест-объект, т. е. наблюдается 100 %-й прирост растений аналогично приросту в контрольных экземплярах.

4. В отдельные стаканы приливают одинаковые пробы неразбавлен­ной сточной воды, сточной воды, разбавленной водопроводной водой в соотношении 1:2, 1:5, 1:10, 1:100, водопроводной воды и поме­щают в них по 5 штук отрезков элодеи канадской длиной 5 см, из­меренных линейкой с точностью до 1 мм. Пробы оставляют на сутки или 7 суток (до следующего занятия). По окончании экспозиции из­меряют длину побегов, результаты заносят в таблицу и выполняют необходимые расчеты.

Таблица 16.1