Определение токсичности почвы по проросткам
- Главная
- Список секций
- Биология
- КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВЫ?
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ТОКСИЧНОСТЬ ПОЧВЫ?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
В наши дни серьезно стоит вопрос о защите окружающей среды. Бездумная деятельность человека на протяжении веков разрушала среду обитания. Наши потребности растут, и от природы мы берем все больше и больше. Получается, что человек косвенно вредит самому себе. Если люди в ближайшем будущем не научатся бережно относиться к природе, они погубят себя. А для этого надо воспитывать экологическую культуру и ответственность.
Почва – один из главных объектов окружающей среды, центральное связующее звено между биотическим и абиотическим компонентами биосферы. Повсеместно идущая деградация почв выступает в качестве одной из главных причин снижения продуктивности сельскохозяйственных угодий и неблагоприятно влияет на состояние природных экосистем.
Под деградацией понимают следующие процессы, ухудшающие экологические свойства почвы:
физическая деградация – уменьшение мощности плодородного горизонта в результате антропогенной деятельности, водной и ветровой эрозии, замусорения почв, её уплотнения и т.д.;
химическая деградация – уменьшение содержания органического вещества почвы, сокращение запасов питательных элементов (азота, фосфора, калия и др.), засоление почв, их загрязнение тяжелыми металлами и радионуклидами;
биологическая деградация – сокращение численности и обилия почвенных микроорганизмов, почвенных грибов, привнесение в почву патогенных микроорганизмов, ухудшение санитарно-эпидемиологических показателей.
Негативные изменения в почвах длительно накапливаются с годами, а загрязняющие вещества задерживаются почвенными структурами надолго (десятки лет!).
Загрязнение почвы на территории Красноярского края по сравнению с показателями по Российской Федерации остается стабильно высоким. Результаты лабораторных исследований, проведенные учреждениями госсанэпиднадзора за период 2007-2016 гг., свидетельствуют о стабильно высоком химическом загрязнении почвы в районах размещения промышленных объектов и транспортных развязок автомобильных дорог, наметилась положительная динамика по содержанию в почвах кадмия и свинца.
Актуальность этой проблемы является очевидной. Помимо того, что загрязненная радионуклидами, пестицидами и другими вредными веществами почва не может воспроизвести экологически «чистые» продукты питания растительного происхождения, есть еще и большая вероятность загрязнения грунтовых вод. А значит, загрязнение почвы напрямую связано и с водным загрязнением.
Проблема: как определить загрязненность почвы?
Гипотеза: мы предполагаем, что с помощью растительных объектов возможно выявить уровень загрязненности образца почвы.
Цель научной работы: выявить уровень загрязнения почвы при помощи кресс-салата.
Задачи:
изучить литературу по данной проблеме
выполнить эксперимент, согласно методике
провести анализ полученных результатов
Объект исследования: почвенные пробы
Предмет исследования: уровень загрязненности почвенных образцов.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
По мнению Меженского В.Н., при оценке механического и химического состава почвы, в поисках пресных вод в пустыне и при разведке полезных ископаемых пользуются растениями-индикаторами. Им отводится важная роль в индикационной геоботанике, экологии, физиологии и биохимии растений, биогеографии, геологии, геохимии, гидрогеологии и других науках. Видовой состав растений свидетельствует о кислотности почвы, степени ее плодородия, наличии или нехватке тех или иных химических элементов.
По состоянию растения, внешнему виду листьев и других органов можно достаточно точно определить состав почвы, наличие в ней питательных веществ. Для нормального роста и плодоношения растениям нужны свет, вода, питательные элементы. Если же их не хватает, то растение сразу же сообщает нам об этом. Умение услышать, точнее, увидеть, что именно говорят нам растения, позволяет вовремя прийти к ним на помощь. Взамен они отблагодарят нас прекраснейшими цветами или вкуснейшими плодами.
Как утверждает Бондарук М.М., в качестве биоиндикатора рациональнее использовать кресс-салат. Кресс — салат однолетнее овощное растение, обладающее повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжёлыми металлами, а также к загрязнению воздуха выбросами автотранспорта. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей.
Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).
Кресс — салат как биоиндикатор удобен ещё и тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади. Привлекательны также весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на 3-4 день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10 — 15 суток.
Методы и методика исследования
Метод исследования – эксперимент. Закладка эксперимента проводилась согласно методике определения токсичности почвы Т.Г. Мирчинк (метод почвенных пластинок) троекратно. Суть методики состоит в следующем:
1. В чашки поместить по 60 г почвы без корней и растительных остатков, увлажнить и растереть до состояния густой пасты, ровно размазать шпателем.
2. Семена предварительно замочить в течение суток. В чашки посеять по 30 шт семян испытуемого растения. Семена должны быть мелкие без запаса питательных веществ, они лучше реагируют на изменения окружающей среды.
3. Семена проращивают в течение 5-7 дней при постоянной температуре и влажности, почву увлажняют равным количеством воды (5-10 мл).
4. При учете результатов измеряют длину проростков, корней, число проросших семян. (см.Приложение)
Результаты исследования
Для выполнения эксперимента, были взяты образцы почвы:
с пришкольного участка,
с дачного участка,
земля для рассады «Универсальная»,
образец почвы, обработанный раствором средства «Фейри»,
образец почвы, обработанный средством «ЛОК»,
образец почвы с избыточным содержанием удобрений,
образец почвы с оптимальным содержанием удобрений,
образец почвы, обработанный содержимым батарейки «Энерджайзер».
Опыт закладывался троекратно. Результаты, которые вычислены как среднеарифметическое значение, представлены в таблице №1.
исследования токсичности разных видов почв при помощи кресс-салата
Источник
Определение токсичности почвы по проросткам
Определение интегральной токсичности почв с помощью биотеста «Эколюм»
1. Методические рекомендации разработаны: ГУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н.Сысина РАМН (Ревазова Ю.А., Донерьян Л.Г.), Московским государственным университетом им. М.В.Ломоносова (Данилов B.C.), ФГУЗ ФЦГиЭ Роспотребнадзора (Брагина И.В, Ластенко Н.С., Федосеева Т.А).
2. С выходом настоящих методических рекомендаций утрачивают силу методические рекомендации «Определение общей токсичности почв с помощью бактериального теста «Эколюм» от 8 июня 2000 г. МР N 11-134-09.
УТВЕРЖДЕНЫ Главным врачом ФГУЗ «Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека», Председателем Лабораторного совета Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека А.И.Верещагиным 15 июня 2007 г.
1. Назначение и область применения
Настоящий документ устанавливает методику быстрого и количественного контроля степени интегральной химической токсичности водных вытяжек из почвы. Тест-система представлена биосенсорами серии «Эколюм» и измерительным прибором серии «Биотокс-10». Тест-система реагирует на токсичные соединения разнообразной химической природы и смеси веществ.
Документ предназначен для учреждений Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека и служб федеральных органов исполнительной власти, осуществляющих ведомственный санитарно-эпидемиологический надзор.
Опасность загрязнения почв определяется уровнем ее возможного отрицательного влияния на контактирующие среды (вода, воздух), пищевые продукты и прямо или косвенно на человека.
Результаты обследования учитывают при определении и прогнозе степени опасности почв для здоровья и условий проживания населения в населенных пунктах, разработке мероприятий по их рекультивации, технических решений по реабилитации и охране территорий, оценке эффективности санитарно-экологических мероприятий и текущего санитарно-эпидемиологического надзора за объектами, воздействующими на окружающую среду населенного пункта.
2. Нормативные ссылки
3. ГОСТ 27793-88* (СТ СЭВ 5298-85) «Почвы. Термины и определения».
_______________
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать ГОСТ 25793-88, здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.
4. ГОСТ 17.2.2.01-81* (СТ СЭВ 4470-84) «Охрана природы. Почвы. Номенклатура показателей санитарного состояния».
* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать ГОСТ 17.4.2.01-81 , здесь и далее по тексту. — Примечание изготовителя базы данных.
5. ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб».
6. ГОСТ 17.4.3.03-85 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ».
7. ГОСТ 17.4.4.02-84 «Охрана природы. Почва. Методы отбора и подготовки проб почвы для химического, бактериологического и гельминтологического анализа».
8. ГОСТ 17.4.3.06-86 (СТ СЭВ 5101-85) «Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ».
3. Термины и определения
Санитарно-гигиенический государственный контроль осуществляется с целью регулярного слежения за соблюдением гигиенических нормативов качества окружающей среды.
Химическое загрязнение почвы — изменение химического состава почвы, возникшее под прямым или косвенным воздействием антропогенного фактора (промышленного, сельскохозяйственного, коммунального и т.п.), вызывающее снижение ее качества и возможную опасность для здоровья человека.
Фоновые почвы — почвы территорий, не подвергающихся техногенному воздействию или испытывающих его в минимальной степени.
Токсичность — степень проявления вредного действия разнообразных химических соединений и их смесей. Токсичность — один из важных факторов, определяющих качество окружающей среды, достаточно информативный, существенно дополняющий наше представление о степени опасности или безопасности объектов при их использовании, являющийся необходимой составной частью комплексной системы контроля при стандартном анализе.
Критерий токсичности (индекс токсичности) — достоверное количественное значение тест-параметра, на основании которого делается вывод о токсичности изучаемого объекта. Среди тест-параметров наиболее часто используют выживаемость, плодовитость, подавление ферментативной и метаболической активности организмов.
Тест-реакция — это изменение какого-либо биохимического, морфологического, поведенческого или другого функционального показателя у тест-объекта под воздействием токсиканта или их смесей.
Биотестирование — проведение анализов по определению токсичности с помощью живых организмов Результаты оперативно сигнализируют об опасном воздействии химического загрязнения на жизнедеятельность организмов, причем не по отдельным компонентам, а по их смесям, часто неизвестной природы и не выявляемых другими методами анализа токсических веществ.
Токсические эффекты, регистрируемые методами биотестирования, включают комплексный, синергический, антагонистический и дополнительные воздействия всех химических, физических и биологических компонентов, присутствующих в исследуемом объекте, неблагоприятно влияющие на физиологические, биохимические и генетические функции тест-организмов.
Биолюминесценция — интенсивное свечение в видимой области спектра, отражающее специфическую ферментативную функцию и общую метаболическую активность организмов.
4. Принцип методики
Методика основана на определении изменения интенсивности биолюминесценции биосенсора при воздействии токсических веществ, присутствующих в анализируемой пробе, по сравнению с контролем. Люминесцентные бактерии оптимальным образом сочетают в себе различные типы чувствительных структур, ответственных за генерацию биоповреждений (клеточная мембрана, цепи метаболического обмена, генетический аппарат), с экспрессностью, объективным и количественным характером отклика целостной системы на интегральное воздействие токсикантов. Это обеспечивается тем, что люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющую эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал на уровне, доступном для экспрессных и количественных измерений.
При изучении токсикологических свойств объектов окружающей среды люминесцентный бактериальный тест показывает хорошую корреляцию с их действием на животных, культуры клеток человека и другие известные биотесты.
Критерием токсического действия является изменение интенсивности биолюминесценции тест-объекта в исследуемой пробе по сравнению с контролем. Уменьшение интенсивности биолюминесценции пропорционально токсическому эффекту.
5. Количественная оценка параметров тест-реакции
Токсическое действие исследуемой пробы на тест-объект определяется по уменьшению интенсивности биолюминесценции за 30-ти минутный (в экспрессном варианте — 5 минут) период экспозиции. Количественные оценки тест-реакции выражаются в виде безразмерной величины — индекса токсичности » » и функциональными токсикологическими параметрами ЕС20 и ЕС50.
Индекс токсичности » «, равный отношению 
, где и соответственно интенсивность биолюминесценции контроля и опыта при фиксированном времени экспозиции исследуемой пробы с биосенсором.
Токсикологические параметры пробы ЕС20 и ЕС50, определяемые также посредством измерения и , позволяют быстро и экономно выяснить вопрос при каких объемах исходного слабо токсического образца достигается установленный предел токсичности (ЕС20 и/или ЕС50) или при каких разведениях сильно токсический образец станет безопасным (величины менее ЕС20).
ЕС50 есть эффективный объем образца (в опытах с чистым химическим соединением — концентрация), вызывающий тушение свечения биосенсора на 50% по сравнению с контролем. В этом случае образец сильно токсичен (индекс токсичности равен 50). ЕС20 есть эффективный объем образца (в опытах с чистым химическим соединением — концентрация), который приводит к 20%-ному тушению свечения биосенсора по сравнению с контролем. В этом случае образец токсичен (индекс токсичности равен 20). Все значения величин менее ЕС20 свидетельствуют о том, что образец имеет допустимую степень токсичности.
Вычисление величин ЕС проводят с использованием гамма-функции. Гамма-функция (G) представляет собой зависимость отношения потери интенсивности свечения пробы к оставшейся интенсивности свечения пробы и описывается формулой 
, где и соответственно интенсивность биолюминесценции в контроле и опыте. Функция очень удобна для точного определения величин ЕС20 и ЕС50 путем экстраполяции графической зависимости в случаях, когда токсичность образца очень небольшая или, наоборот, когда образец сильно токсичен. График -функции в логарифмических координатах как функция изменения объема пробы (или концентрации отдельного вещества) есть теоретически прямая линия молекулярности реакции токсического вещества с одной или несколькими мишенями, связывающими эти токсиканты в тест-объекте.
Люминометр «Биотокс-10» автоматически вычисляет величину индекса токсичности и параметры ЕС20 и ЕС50.
Методика предусматривает три пороговых уровня индекса токсичности:
— допустимая степень токсичности образца: индекс токсичности меньше 20; объем пробы или концентрация вещества в пробе меньше величины ЕС20;
— образец токсичен: индекс равен или больше 20 и меньше 50; объем пробы (или концентрация вещества в пробе) меньше величины ЕС50 и больше или равен ЕС20;
— острая токсичность образца: индекс токсичности равен или более 50; объем пробы (или концентрация вещества в пробе) равен или больше величины ЕС50.
6. Оборудование, материалы, реактивы
1. Лиофилизированный биосенсор «Эколюм», ТУ 2639-236-00209792-01;
2. Прибор серии «Биотокс-10», сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.31,003.A N 21703, с набором кювет для измерения биолюминесценции объемом 1,5 мл;
3. Весы лабораторные общего назначения. ГОСТ 24104;
4. рН-метр, ГОСТ 25.7416.0171 или аналоги;
5. Термометр лабораторный 0-55 °С, цена деления шкалы — 0,5 °С, ГОСТ 215;
6. Сушильный электрический шкаф, ГОСТ 13474;
7. Холодильник бытовой, обеспечивающий замораживание (-18±1 °С) и хранение проб (2-4 °С);
8. Часы сигнальные, ТУ 25-07-57;
9. Подставка (из пластика, дерева) с углублением для пенициллиновых пузырьков или измерительных кювет, на которой можно разместить не менее 12 кювет;
10. Буры почвенные, ножи почвенные, ГОСТ 2307;
12. Бумажные фильтры обеззоленные типа ФОБ (красная, белая ленты), ТУ 6-09-1678;
13. Пипетки автоматические дозаторы любого типа объемом 0,02-0,5 мл ±1,0%;
14. Цилиндры вместимостью 25, 50 мл второго класса точности, ГОСТ 1770;
15. Стаканы стеклянные лабораторные вместимостью 10, 50 мл, ГОСТ 25336;
16. Пипетки объемом 0,5 и 1,0 мл, ГОСТ 29227;
17. Пробоотборник любого типа, объемом не менее 5 мл;
18. Флаконы и банки стеклянные с навинчивающейся крышкой или с притертой пробкой для отбора и хранения проб и реактивов вместимостью 10, 50, 100 мл;
19. Воронки лабораторные, ГОСТ 25336;
20. Стаканчики для взвешивания (бюксы) диаметром 30, 40 мм, ГОСТ 7148;
Источник