Определение общей химической токсичности воды из разных источников методом биотестирования

В настоящее время хозяйственная деятельность человека всё чаще становится основным источником загрязнения биосферы. В природную среду во всё больших количествах попадают газообразные, жидкие и твердые отходы производств. Различные химические вещества, находящиеся в отходах, попадая в почву, воздух и воду, переходят по экологическим звеньям из одной цепи в другую, попадая в конце концов в организм человека. Физиология человека целиком и полностью зависит от воды. Потеря воды внутри клеток приводит к тому, что расщепление и синтез белка резко снижается. Обезвоживание вызывает структурные изменения многих белков и ферментов, а также потерю их работоспособности. Без воды человек не может обходиться, однако на состояние нашего здоровья влияет не только количество выпитой воды, но и её качество. Ведь последствия потребления плохой воды – это последствия для здоровья человека. Опасения вызывает тот факт, что за последние годы качество питьевой воды значительно ухудшилось.

Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования; при этом показатели качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды.

Токсикологические показатели воды, характеризующие безвредность ее химического состава, определяются содержанием химических веществ, которое не должно превышать установленных нормативов.

Основными источниками загрязнения поверхностного стока на городских территориях являются: мусор с поверхности асфальтного покрытия, продукты эрозии грунтовых поверхностей, выбросы веществ в атмосферу промышленных предприятий, автотранспорт. Так, в поверхностном дождевом стоке с урбанизированных территорий процентное содержание ТМ составляет от 35-54% - для Mn, Zn, Pb, 86% для Cu, т. е. поверхностный сток вносит весомый вклад в загрязнение реки ТМ.

Вредные вещества, выбрасываемые промышленными предприятиями, автомобильные выхлопы и др. , накапливаются в снегу и с талыми водами поступают в открытые и подземные водоемы, загрязняя их.

Биотестирование - использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест-объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов. [7]

Общая химическая токсичность – наличие загрязнителей, среда. На общую химическую токсичность воды влияют ионы тяжёлых металлов в повышенной концентрации, наличие органических веществ (нефти, нефтепродуктов и т. д. ). Термин "Тяжелые металлы" связан с высокой атомной массой. Одним из признаков, позволяющим относить металлы к тяжелым, является их плотность (больше пяти). По биологической роли в живых организмах тяжелые металлы включают в себя как типичные микроэлементы (кобальт, медь, цинк, молибден, хром, марганец, никель), биохимические функции которых подробно изучены, так и металлы (металлоиды), чья биологическая роль в живых организмах не столь многогранна и важна или вообще сомнительна (скандий, титан, кадмий, родий, сурьма, таллий). Вместе с тем все тяжелые металлы обладают одним общим свойством: они могут быть биологически активными. Вследствие этого, попадая в результате антропогенной деятельности в природные среды в миграционно-активном состоянии, они начинают мигрировать, включаясь в той или иной степени в биологический круговорот, и при определенных биогеохимических условиях и концентрациях.

Особое значение имеет влияние ТМ на различные сообщества фитопланктона, представляющие собой начальное звено пищевых цепей, так как они являются первичными продуцентами органического вещества в водной экосистеме. Согласно литературным данным ТМ оказывают существенное влияние на процесс фотосинтеза у водорослей, а также соответственно на количество выделенного ими кислорода. Количество растворенного кислорода в воде является жизненно важным параметром водных экосистем, влияющих на процессы самоочищения.

Однако влияние ТМ на рост и развитие растений вызывает неоднозначную оценку: в одних источниках указывается на то, что физиологические процессы растений угнетаются, в других – напротив, обменные процессы приобретают большую активность.

Важное значение для нормального развития корней имеет соотношение солей в растворе, его физиологическая уравновешенность. Раствор, представленный какой-либо одной солью, физиологически неуравновешен. Одностороннее преобладание (высокая концентрация) в растворе одной соли, особенно избыток какого-либо одновалентного катиона, оказывает вредное действие на растение Развитие корней происходит лучше в многосолевом растворе. В нем проявляется антагонизм ионов, каждый ион взаимно препятствует избыточному поступлению другого иона в клетки корня Например, Са3+ в высоких концентрациях тормозит избыточное поступление K+, Na+ Mg2+ и наоборот Такие же антагонистические отношения существуют и для ионов K+ и Na +, K+ и NH4+, K+ и Mg2+, NO3- и H2PO4, Cl- и H2PO4- и др. Особенно сильно ухудшается развитие корней и поступление в них питательных веществ при высокой концентрации ионов водорода, т. е. при повышенной кислотности раствора. Высокая концентрация в растворе ионов водорода оказывает отрицательное влияние на физико-химическое состояние цитоплазмы клеток корня. Наружные клетки корня ослизняются, нарушается их нормальная проницаемость, ухудшается рост корней и поглощение ими питательных веществ

Тургором называется напряженное состояние живой клетки, вызываемое взаимным давлением оболочки и протопласта. Это внутриклеточное давление обусловлено присутствием в клеточном соке веществ, обладающих осмотической активностью, например неорганических солей, сахаров, органических солей и их кислот и других низкомолекулярных соединений.

С биологических позиций растворы можно разделить на следующие типы: изотонические, осмотическое давление которых равно осмотическому давлению клетки; гипотонические, осмотическое давление которых ниже, чем в клетке; гипертонические, осмотическое давление которых выше, чем осмотическое давление клетки.

2. Место, материалы и методики

Преимуществом биотестирования является простота операций, минимальное оборудование и достаточно быстрое получение ответа. При химическом анализе не всегда известно, что токсично, однако этот метод помогает обнаружить химические вещества в субстрате и их концентрацию.

Объектом исследования являются пробы воды. Пробы воды были набраны в день заложения и проведения опытов. Были взяты пробы: волжской воды в районе десятой опоры, снег с обочины трассы М5, водопроводная вода и дистиллированная вода была взята в качестве контроля. Снег растопили при комнатной температуре.

Проба №1 - дистиллированная вода

Проба №2 - водопроводная;

Проба №3 - волжская;

Проба №4 - талая вода с обочины трассы М5;

В качестве тест – объекта использовались проростки семян огурца. Это растение относится к семейству двудольных, имеет стержневой хорошо развитый главный корень и удобные для измерения боковые корни, что позволяет проследить динамику развития проростков в зависимости от степени загрязнённости воды. Привлекательны также и достаточно короткие сроки эксперимента. Семена огурца прорастают уже на второй - третий день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10-15 суток. Огурец, как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п. ).

Оценка токсичности снега определялась по скорости развития корневой системы проростков (тест – объектов).

Оборудование и реактивы:

• одинаковые по размеру семена одного урожая (нами были взяты семена огурца из одного пакетика сорта «Братец Иванушка);

• чашки Петри;

• фильтровальная бумага,

• мерные пипетки на 10 мл,

• этикетки, линейка,

• 1%-ный раствор перманганата калия

• пробы вод;

1) Чашки Петри простерилизовать. На боковую сторону каждой чашки приклеить этикетку с указанием названия пробы воды, на дно чашек Петри поместить фильтровальную бумагу.

2) Семена поместить на 10-20 минут в 1%-ный раствор перманганата калия, затем их отмыть водой.

3) В чашки налить пробы воды по 10 мл в каждую, соответственно этикетке участка и поместить в каждую по 12 семян огурца (тест – объект).

4) Семена прорастить в течение четырёх дней при температуре 25 0C

5) Измерить длину главного корня, максимальную длину зоны боковых корней и количество боковых корней.

3. Результаты и обсуждение

Провели исследования согласно методике и полученные результаты оформили в виде таблицы .

Анализ результатов, приведённых в таблицах, показывает, что скорость роста и вегетативной мощности неодинакова в различных пробах. Наибольшая степень общей химической токсичности воды соответствует пробе № 4, взятой с обочины трассы М5. Показатели роста и развития корневой системы проростков отличаются от образца – дистиллированной воды более чем на 30%. Проростки отличались быстрым ростом главного корня, развитием большого количества боковых корней, однако главный и боковые корни проростков были очень тонкими. На трассе федерального назначения наблюдается интенсивное движение автотранспорта, которое ещё раз показало ненормальное влияние на живые организмы.

Обладают определённым уровнем токсичности и образцы вод под номерами 2 и 3. Были получены интересные данные. Семена огурца, пророщеные в волжской воде были более приближены к образцу, чем семена в водопроводной воде. Более того, результаты, свидетельствующие о развитии боковых корней семян в водопроводной воде отличались от образца больше, чем на 30%. Полученные результаты однозначно показывают недостаточно высокую степень очистки водопроводной воды, что оказывает прямое влияние на здоровье людей. Диаграммы и фотографии наглядно показывают результаты опытов.

Заключение.

В данной работе, используя метод биотестирования, исследовали общую химическую токсичность различных образцов воды и выяснили, что анализ проростков огурца действительно является индикатором загрязнения воды. Сильная степень загрязнения отмечена в талой воде, взятой с обочины трассы М5, поэтому можно сделать вывод, что основным источником загрязнений является автотранспорт. В остальных пробах воды отмечена средняя степень загрязнения, источниками которого являются автотранспорт, Жигулёвская ГЭС, бытовые отходы.

Опираясь на результаты и проанализировав выводы, мы рекомендуем жителям города: использовать барьеры для дополнительной очистки питьевой воды, кипятить её, а также по возможности покупать очищенную питьевую воду.