Пробоподготовка растительного сырья к биотестированию и её значение в проведении экологического мониторинга

УДК 577.4 В.Б. Любимов, М.Е. Семиехина

ПРОБОПОДГОТОВКА РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ К БИОТЕСТИРОВАНИЮ И ЕЁ ЗНАЧЕНИЕ В ПРОВЕДЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

В статье представлены результаты исследований, полученных при проведении пробоподготов-ки растительного сырья к биотестированию. Выявлены различные показатели, отражающие важную экологическую информацию, уточняющую уровень антропогенного загрязнения территории.

Ключевые слова: автотранспорт, загрязнение, экологический мониторинг, пробоподготовка, растение, биотестирование.

V.B. Lyubimov, M.E. Semiekhina VEGETATIVE RAW MATERIAL SAMPLE PREPARATION FOR BIOTESTING AND ITS IMPORTANCE FOR THE ECOLOGICAL MONITORING

The research results received in the process of vegetative raw material sample preparation to biotesting are given in the article. Various indicators reflecting important ecological information which specifies the territory anthropogenous pollution level are revealed.

Key words: motor transport, pollution, ecological monitoring, sample preparation, plant, biotesting.

Введение. В процессе лабораторных исследований пробоподготовка является одной из важнейших стадий аналитического цикла, позволяющих повысить точность получаемых результатов, расширить исследуемый диапазон значений, ускорить тестирование, снизить погрешность результатов исследования. Этот процесс регламентируется соответствующими нормативными документами [1-4]. В процессе пробоподго-товки в результате аналитических действий с образцами формируется целый ряд вспомогательных показателей, которые могут быть использованы в сравнительной оценке проб.

Актуальность исследований. Работ по использованию пробоподготовки для повышения эффективности исследований в области экологии и точности получаемых результатов лабораторных исследований до настоящего времени проведено недостаточно, что определяет целесообразность проведения исследований, позволяющих выявить показатели в процессе пробоподготовки, отражающие экологическую информацию об изучаемых объектах и тем самым повысить качество, объективность и достоверность результатов исследований.

Цель исследований. Установление ряда информативных показателей, получаемых в процессе про-боподготовки растительного сырья к биотестированию.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg. s./.), мятлик луговой (Poa pratensis L.) и птичий горец (Polygonum aviculare L. s.l.) , т.е. виды широко распространенные в природе района исследований и зарегистрированные на всех пробных площадях (ПП).

Для проведения исследований были взяты пробы листьев растений на предварительно исследованных ПП в четырех районах г. Брянска, отличающихся по уровню автотранспортной нагрузки [5] (2010 г.): в Советском районе - район автовокзала (ПП 1 - 2265,5±37), ул. Авиационная (ПП 7 - 1334,5±20), в районе остановки Красноармейская (ПП 8 -2060,25±60); в Фокинском районе - остановка ДК ЖД (ПП 2 - 1619±55), в районе мясокомбината (ПП 6 - 1598,25±36), парк ДК ЖД (ПП 5 - 0); в Бежицком районе - «АЗС» микрорайон Московский (ПП 3 - 1790,5±35), ул. Бежицкая, остановка Памятника болгарским патриотам (ПП 9 -1714,25±59), ул. Куйбышева (ПП 10 - 1764,25±29); в Володарском районе - ул. Пушкина (ПП 4 1080±39), а также ул. Речная - район железнодорожного вокзала (ПП 11 - 992,75±9). В соответствии с методикой соб-

ранную зеленую массу высыпали ровным слоем на брезент и тщательно перемешивали. Из объединенной пробы отбирали среднюю пробу для анализа массой 100 г.

Результаты исследований и их обсуждение. Интегральным показателем, позволяющим оценить экологическую обстановку территории в целом, является степень токсичности пробы растительного образца. Для ее определения листья исследуемых растений высушивались до воздушно-сухого состояния, измельчались и просеивались через сито размером 1x1 мм. Непросеянный остаток (совокупность механических тканей) удалялся. Результаты взвешивания фракций отражены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты взвешивания проб, г

Номер ПП Масса, всего, г Фракция < 1 мм, г Фракция > 1 мм, г Фракция > 1 мм, %

Taraxacum officinale

1 9,63 8,88 0,75 7,78

2 9,65 9,18 0,47 4,84

3 9,56 8,98 0,58 6,07

4 9,73 9,31 0,42 4,32

5 8,75 8,57 0,18 2,06

6 9,49 8,92 0,57 6,01

7 9,63 9,05 0,58 6,02

8 9,46 8,68 0,78 8,24

9 9,54 8,93 0,61 6,39

10 9,26 8,59 0,67 7,24

11 9,72 9,32 0,40 4,12

Poa pratensis

1 7,24 6,8 0,44 6,07

2 8,02 7,73 0,29 3,61

3 8,16 7,8 0,36 4,41

4 8,1 7,89 0,21 2,59

5 7,45 7,31 0,14 1,87

6 7,56 7,33 0,23 3,04

7 7,92 7,65 0,27 3,40

8 8,21 7,90 0,31 3,77

9 8,31 8,02 0,29 3,48

10 8,98 8,55 0,43 4,79

11 8,46 8,26 0,2 2,36

Polygonum aviculare

1 7,56 7,24 0,32 4,23

2 7,94 7,72 0,22 2,77

3 7,88 7,62 0,26 3,30

4 8,48 8,31 0,17 2,00

5 8,62 8,48 0,14 1,62

6 8,08 7,84 0,24 2,97

7 7,9 7,72 0,18 2,28

8 9 8,73 0,27 3,00

9 8,42 8,18 0,24 2,85

10 8,34 8,03 0,31 3,72

11 8,72 8,53 0,19 2,18

Как видим из табл. 1, минимальное содержание фракции > 1 мм в листьях Taraxacum officinale зарегистрировано в образце ПП 5 и составляет 2,06 %. На других ПП содержание фракции > 1 мм значительно превышало её содержание на ПП 5. Например, на ПП 1 - в 3,8 раза, на ПП 2 - в 2,3, на ПП 3 - в 2,9, на

ПП 4 - в 2,1, на ПП 6 - в 2,9, на ПП 7 - в 2,9, на ПП 8 - в 4,0, на ПП 9 - в 3,1, на ПП 10 - в 3,5, на ПП 11 - в 2,0 раза. Такая же закономерность прослеживалась и с листьями других видов. У Poa pratensis и Polygonum aviculare минимальное значение отмечали для ПП 5: Poa pratensis - 1,87 %, Polygonum aviculare - 1,62 %. Содержание фракции > 1 мм в листьях на других ПП значительно превышало содержание этой фракции в листьях с территории парка ДК ЖД.: в листьях Poa pratensis на ПП 1 - в 3,2 раза, на ПП 2 - в 1,9, на ПП 3 -в 2,4, на ПП 4 - в 1,4, на ПП 6 - в 1,6, на ПП 7 - в 1,8, на ПП 8 - в 2,0, на ПП 9 - в 1,9, на ПП 10 - в 2,6, на ПП 11- в 1,3 раза; в листьях Polygonum aviculare соответственно на ПП 1 - в 2,6, на ПП 2 - в 1,7, на ПП 3 - в 2,0, на ПП 4 - в 1,2, на ПП 6 - в 1,8, на ПП 7 - в 1,4, на ПП 8 - в 1,9, на ПП 9 - в 1,8, на ПП 10 - в 2,3, на ПП 11 - в 1,3 раза. Коэффициент корреляции между интенсивностью движения автотранспорта и фракцией > 1 мм, выраженной в %, составляет для Taraxacum officinale +0,93, для Poa pratensis +0,83 и для Polygonum aviculare +0,86.

Анализируя полученные данные, следует сделать заключение о том, что наибольшее содержание фракции (> 1 мм) в листьях исследуемых растений характерно для ПП с интенсивным движением автотранспорта (ПП 1, ПП 3, ПП 8 и ПП 10), что может быть использовано в числе других показателей для сравнительной оценки степени загрязнения территорий, подверженных техногенному прессингу.

Измельченные пробы фракции < 1 мм использовались для получения водной вытяжки исследуемых образцов. Объем воды для всех вариантов биотестирования составлял 250 мл. В качестве тест-объектов были взяты Daphnia magna (дафнии), Escherichia koli М-17 (люминесцентные бактерии) и Paramecium cauda-tum (инфузория туфелька). Для Escherichia koli и Paramecium caudatum в соответствии с методикой использовали дистиллированную воду (рН 5,9), для Daphnia magna - культивационную воду (рН 8,42). Выход фильтрата отличался от исходного объема воды (табл. 2).

Таблица 2

Выход фильтрата листьев Taraxacum officinale, Poa pratensis и Polygonum aviculare, мл

Номер ПП Дистиллированная вода, мл. Культивационная вода, мл

1 2 3

Taraxacum officinale

1 192 200

2 198 200

3 194 198

4 200 204

5 206 212

6 194 206

7 200 204

8 194 196

9 198 200

10 186 198

11 202 208

Poa pratensis

1 196 200

2 200 204

3 198 200

4 210 214

5 214 220

6 204 210

7 202 208

8 198 202

9 202 204

10 200 200

11 206 212

Окончание табл. 2

1 2 3

Polygonum aviculare

1 180 -

2 186 -

3 188 -

4 198 -

5 206 -

6 196 -

7 192 -

8 184 -

9 190 -

10 182 -

11 196 -

Как видно из табл. 2, для образцов растений, собранных на территориях ПП с высокой интенсивностью движения автотранспорта, в большей степени характерно образование органо-минеральных коагулянтов, не проходящих через фильтр «белая лента». К общим показателям, характеризующим воду, водные вытяжки и фильтраты, относится водородный показатель (рН), который отражен в табл. 3.

Таблица 3

Водородный показатель (рН) фильтрата листьев Taraxacum officinale, Poa pratensis

и Polygonum aviculare

Номер ПП рН

до разбавления разбавление х10 до разбавления разбавление х10

1 2 3 4 5

Taraxacum officinale

1 5,52 5,82 5,99 7,61

2 5,57 5,84 5,82 7,31

3 5,51 5,82 5,91 7,55

4 5,47 5,75 5,78 7,25

5 5,43 5,78 5,62 7,22

6 5,52 5,93 5,80 7,34

7 5,71 5,78 5,82 7,36

8 5,53 5,95 5,96 7,51

9 5,54 5,80 5,72 7,32

10 5,67 5,83 5,95 7,61

11 5,36 5,71 5,62 7,29

Poa pratensis

1 5,45 5,73 6,12 7,49

2 5,21 5,59 5,86 7,15

3 5,39 5,70 6,00 7,34

4 4,58 4,95 5,92 7,28

5 4,45 4,79 4,73 7,11

6 5,41 5,82 5,88 7,39

7 5,37 5,78 6,04 7,47

8 5,52 5,84 5,77 7,18

9 5,21 5,57 5,56 7,39

10 5,50 5,71 6,48 7,66

11 5,26 5,53 5,90 7,19

Окончание табл. 3

1 2 3 4 5

Polygonum aviculare

1 5,77 6,01 - -

2 5,54 5,83 - -

3 5,57 5,93 - -

4 5,36 5,64 - -

5 5,07 5,43 - -

6 5,51 5,79 - -

7 5,49 5,74 - -

8 5,69 5,97 - -

9 5,52 5,85 - -

10 5,69 5,96 - -

11 5,47 5,71 - -

Анализ результатов показал, что наиболее выражено повышение водородного показателя в образцах ПП 1, ПП 3, ПП 8 и ПП 10. Также следует отметить, что исследуемые образцы отличались по степени коагулирования, расслоения и способности к фильтрации. Более высокая скорость фильтрования отмечалась для образцов с ПП 4, ПП 5, ПП 11, минимальная скорость - для образцов с ПП 1, ПП 8, ПП 10. Более темный цвет фильтрата был зарегистрирован для образцов с ПП 1, ПП 3, ПП 6, ПП 10, более светлый - для образцов с ПП 5, ПП 11.

Для определения степени токсичности листьев Taraxacum officinale методами биотестирования использовали следующие тест-объекты: Daphnia magna и Escherichia koli М-17 [2-3]. Результаты исследований отражены в табл. 4.

Таблица 4

Определение степени токсичности листьев Taraxacum officinale методами биотестирования с тест-объектами Daphnia magna и Escherichia koli М-17

Результаты иссле дований

Место отбора проб Daphnia magna Escherichia koli М-17

Кол-во выживших, шт. Доля гибели, % Среднее значение оптической плотности Индекс токсичности

Контроль Проба Контроль Проба

ПП 1 10,0 3,7 63 4829 86 98,21±9,8

ПП 2 10,0 5,3 47 4829 810 83,23±8,3

ПП 3 10,0 4,3 57 4829 112 97,68±9,7

ПП 4 10,0 7,7 23 4829 1506 68,90±6,8

ПП 5 10,0 8,6 14 4829 2285 52,68±5,2

ПП 6 10,0 5,3 47 4829 997 79,35±7,9

ПП 7 10,0 8,0 20 4829 1098 77,26±7,7

ПП 8 10,0 3,3 67 4829 889 81,59±8,1

ПП 9 10,0 3,0 70 4829 589 87,80±8,7

ПП 10 10,0 5,0 50 4829 80 98,34±9,8

ПП 11 10,0 4,3 57 4829 2856 40,85±4,0

Анализируя табл. 4, следует отметить, что все водные вытяжки из Taraxacum officinale оказывают острое токсическое действие. Наблюдается тесная положительная связь между интенсивностью движения автотранспорта и индексом токсичности Escherichia koli М-17. При этом коэффициент корреляции r = +0,80. Также положительная связь отмечается между интенсивностью движения автотранспорта и долей гибели (%) Daphnia magna. Коэффициент корреляции r = +0,76.

При определении степени токсичности листьев Poa pratensis методами биотестирования использовали в качестве тест-объектов Daphnia magna и Escherichia koli М-17 [2-3]. Результаты исследований отражены в табл. 5.

Таблица 5

Определение степени токсичности листьев Poa pratensis методами биотестирования с тест-объектами Daphnia magna и Escherichia koli М-17

Результаты исследований

Место отбора проб Daphnia magna Escherichia koli М -17

Кол-во выживших, шт Доля гибели, % Среднее значение оптической плотности Индекс токсичности

Контроль Проба Контроль Проба

ПП 1 10,0 1,0 90 10307 99 99,03±9,9

ПП 2 10,0 1,3 87 10307 326 96,84±9,6

ПП 3 10,0 2,3 77 10307 28 99,72±9,9

ПП 4 10,0 8,0 20 10307 901 91,26±9,1

ПП 5 10,0 9,3 7 10307 2085 79,77±7,9

ПП 6 10,0 2,0 80 10307 64 99,38±9,9

ПП 7 10,0 1,6 84 10307 114 98,89±9,8

ПП 8 10,0 1,3 87 10307 25 99,76±9,9

ПП 9 10,0 1,6 84 10307 371 96,40±9,6

ПП 10 10,0 2,3 77 10307 499 95,16±9,5

ПП 11 10,0 6,7 33 10307 2856 93,61±9,3

В результате анализа проведенных исследований с использованием двух тест-объектов Daphnia magna и Escherichia koli М-17 следует сделать заключение о том, что все водные вытяжки из Poa pratensis оказывают острое токсическое действие. При этом коэффициент корреляции у Daphnia magna r = +0,88, у Escherichia koli М-17 соответственно r = +0,89. Вместе с тем следует отметить, что водная вытяжка с ПП 5 не оказывает токсического действия на тест-объект Daphnia magna.

Определяя степень токсичности листьев Polygonum aviculare методами биотестирования, в качестве тест-объектов использовались Paramecium caudatum и Escherichia koli М-17 [1, 3]. Результаты исследований отражены в табл. 6.

Таблица 6

Определение степени токсичности листьев Polygonum aviculare методами биотестирования с тест-объектами Paramecium caudatum и Escherichia koli М-17

Результаты определения острой токсичности

Место отбора проб Среднее значение оптической плотности Индекс токсичности

Paramecium caudatum Escherichia koli М-17 Paramecium caudatum Escherichia koli М-17

Контроль Проба Контроль Проба

ПП 1 140 11 4678 125 0,92±0,57 97,33±9,7

ПП 2 140 23 4678 211 0,83±0,51 95,50±9,5

ПП 3 140 18 4678 191 0,87±0,54 96,25±9,6

ПП 4 140 31 4678 195 0,78±0,48 95,83±9,5

ПП 5 140 44 4678 445 0,69±0,43 85,08±8,5

ПП 6 152 14 4678 344 0,91±0,56 94,32±9,4

ПП 7 152 9 4678 766 0,94±0,58 83,62±8,3

ПП 8 152 3 4678 64 0,98±0,61 98,63±9,8

ПП 9 152 12 4678 91 0,92±0,57 98,05±9,88

ПП 10 152 5 4678 181 0,97±0,60 96,47±9,6

ПП 11 152 27 4678 394 0,82±0,51 91,58±9,1

В результате было установлено, что водные вытяжки оказывают острое токсическое действие. Исключение составляет водная вытяжка с ПП 5, которая оказывает умеренное токсическое влияние на тест-объект Paramecium caudatum. Индекс токсичности тесно связан с интенсивностью движения автотранспорта и коэффициент корреляции по индексу токсичности у Paramecium caudatum с динамикой движения автотранспорта составляет +0,84, а у Escherichia koli М-17 соответственно r= +0,73.

Результаты исследований, полученные в процессе пробоподготовки растительного сырья к биотестированию, оказались достаточно информативными и вполне могут быть использованы при изучении степени загрязнения территорий.

Выводы

1. Данные, полученные при подготовке проб к биотестированию, могут использоваться в качестве дополнительной информации при сравнительном анализе проб.

2. Большее количество грубых механических тканей, выделяемых при просеивании измельчённой фитомассы, зарегистрировано для растений, произрастающих на более загрязненных территориях.

3. Выход фильтрата дистиллированной и культивационной воды уменьшается при увеличении техногенной нагрузки на растения, а рН - повышается.

4. По данным, полученным в процессе пробоподготовки, установлено, что наиболее загрязнённым районом г. Брянска является Советский район.

Литература

1. Методика определения токсичности проб почв, донных отложений и осадков сточных вод экспресс-методом с применением прибора «БИОТЕСТЕР». - СПб.: ООО «Спектрон», 2010. - 20 с.

2. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. - М.: Акварос, 2007. - 17 с.

3. Методика определения интегральной токсичности поверхностных, в том числе морских, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных экстрактов почв, отходов, осадков сточных вод по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой «ЭКОЛЮМ». - М.: ЗАО «НВО Иммуно-тех», 2010. - 20 с.

4. Карпов Ю.А., Савостин А.П. Методы пробоотбора и пробоподготовки. - М.: БИНОМ, 2003. - 243 с.

5. Семиехина М.Е. Роль автотранспорта в загрязнении окружающей среды города Брянска // Вестн. КрасГАУ. - 2010. - Вып. 10. - С. 81-87.

--------♦-----------