Биотестирование природной воды Р. Белой по проросткам растений-индикаторов

Биотестирование природной воды р. Белой по проросткам растений-индикаторов

АА. Шайхутдинова, к.т.н., А.С. Трубникова, магистрант, АФ. Кадыргулова, магистрант, ФГБОУ ВО Оренбургский ГУ

Биотестированием называют процедуру установления токсичности среды с помощью различных тест-объектов, которые сигнализируют об опасности вне зависимости от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-организмов. Основными достоинствами биотестирования являются простота, оперативность и доступность выполнения эксперимента [1]. Тест-объектами являются растения и животные, которые используются в лабораторных испытаниях для оценки качества атмосферного воздуха, воды из различных поверхностных и подземных водоисточников или почвенного покрова. Среди сельскохозяйственных культур наиболее чувствительными считаются семена кресс-салата, люцерна, злаковые и крестоцветные культуры. К нечувствительным тест-объектам относятся кукуруза, виноград, розоцветные, подорожник [2].

Главными источниками загрязнения поверхностных водных объектов являются сточные воды промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий, поверхностные стоки с территорий, обработанных удобрениями или пестицидами. Значительное влияние на экологическое состояние водоёмов оказывает загрязнённость атмосферных осадков в виде дождя и снега [3, 4].

Река Белая является левым и самым крупным притоком Камы и самой длинной рекой в Республике Башкортостан. Белая протекает по территории республики, а также по её границе с Татарстаном. Длина реки составляет 1430 км, площадь водосборного бассейна равна 142 тыс. км2. Вода из реки широко используется для полива садово-

огородных участков, а в качестве питьевой используется редко. Использование для промышленных производств ограничено, так как предприятия переходят на замкнутые циклы водопользования.

На реке Белой стоит множество крупных городов республики: Агидель, Белорецк, Бирск, Салават, Дюртюли, Ишимбай, Уфа, Мелеуз, Стерлитамак. От г. Уфы и ниже река Белая является судоходной.

Материал и методы исследования. На реке Белой нами было организовано четыре пункта наблюдения в контрольных створах двух городов Башкортостана — Ишимбай и Салават: 1. Проба № 1 — г. Ишимбай, на 1 км выше по течению р. Белой (фоновый створ); 2. Проба № 2 — г. Ишимбай, на 5 км ниже по течению р. Белой; 3. Проба № 3 — г. Салават, на 1 км выше по течению р. Белой (фоновый створ); 4.Проба № 4 — г. Салават, на 5 км ниже по течению р. Белой.

Следует иметь в виду, что загрязнения могут быть неравномерно распространены по потоку реки, поэтому пробы отбирали в местах максимально бурного течения, где потоки хорошо перемешиваются. Пробоотборники помещали вниз по течению потока, располагая на глубине 10 — 30 см от поверхности воды. Пробы воды были отобраны в августе 2017 г. [5]. В исследуемой воде были определены минерализация и величина рН. Минерализацию определяли при помощи портативного минерализатора, величину рН - на иономере лабораторном И-160МИ.

В лабораторном биотестировании для оценки степени загрязнения воды реки Белой были использованы проростки злаковых растений: пшеница, ячмень, овёс. Предлагаемый метод биологической оценки токсичности природных вод по проросткам растений-индикаторов проводился методом полива проростков тест-растений испытуемой водой.

С целью профилактики перед проращиванием семена протравливали. Сухие семена злаковых растений погружали в 1-процентный раствор КМп04 на 30 мин., далее промывали дистиллированной водой, используя два слоя марли. Промытые семена просушивали на открытом воздухе на фильтровальной бумаге. За 2 — 3 дня до опытов (сроки прорастания семян выяснялись заранее) семена тестовых объектов замачивали на сутки в воде. Затем их равномерно укладывали на фильтровальную бумагу в чашки Петри зародышем вверх. В чашку наливали по 7 мл исследуемой пробы воды, при этом уровень жидкости в чашке был ниже поверхности тест-объектов. Фильтровальная бумага принималась круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю, на неё укладывали шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян. Далее размеченную фильтровальную бумагу помещали в чашку Петри и укладывали семена. Семена проращивали при комнатной температуре +25°С - 27°С в темноте в течение 10 сут. Ежедневно вели учёт количества проросших семян и измеряли среднюю длину корня. Исследование было проведено на базе лаборатории ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный университет».

Результаты исследования. Результаты исследования отобранных проб воды из реки Белой представлены в таблице 1.

1. Результаты измерения минерализации и величины рН в воде р. Белой

№ пробы Минерализация, г/л рН

1 0,210 8,1

2 0,227 7,9

3 0,199 7,1

4 0,187 7,1

По данным таблицы видно, что минерализация исследуемого водоёма лежит в интервале от 0,187 до 0,227 г/л. В соответствии с существующей классификацией вода в реке Белой относится к пресной, так как значения показателя лежат в пределах до 1 г/л. По величине рН вода в контрольных створах г. Ишимбая относится к слабощелочной, и значения находятся в пределах от 7,9 до 8,1. Вода из реки Белой в районе г. Салавата относится к нейтральной, и значение показателя равно 7,1.

Результаты всхожести семян сельскохозяйственных культур представлены в таблице 2.

По данным таблицы 2 видно, что практически все семена ячменя (96 — 100%) проросли на 2-е сут. эксперимента. Количество проросших семян овса при этом было минимальным и составило 12 — 16% от общего количества закладываемых семян.

Результаты лабораторного эксперимента по проращиванию семян пшеницы показали, что минимальное количество семян на 2-е сут. проросло в результате полива водой, отобранной в контрольных створах, находящихся выше г. Ишимбая и

2. Всхожесть тест-объектов при поливе исследуемой водой

№ пробы Количество проросших семян тест-объектов на 2-е сут. эксперимента, шт.

овёс пшеница ячмень

1 3 7 24

2 4 17 25

3 3 7 25

4 3 12 24

г. Салавата, и составило 28%. Наибольшее количество семян проросло в воде, отобранной в контрольном створе ниже г. Ишимбая, и составило 68%. В результате полива водой, отобранной в контрольном створе, расположенном на 5 км ниже г. Салавата по течению реки, проросло 48% семян пшеницы.

Результаты проращивания семян тест-объектов за 10 сут. представлены в таблицах 3 — 5.

Данные, представленные в таблицах 3 — 5, показывают, что максимальной скоростью прорастания характеризовались семена ячменя. Однако следует отметить, что максимальная средняя длина корня также наблюдалась у тест-объектов ячмень.

По результатам измерений средней длины корня тест-объектов были построены диаграммы биотестовых испытаний (рис. 1 — 3).

На рисунке 1 видно, что максимальный рост корневой системы наблюдался при поливе семян овса водой, отобранной в точке № 2 — контрольный створ ниже г. Ишимбая; минимальная скорость роста — при поливе водой, отобранной выше г. Ишимбая. Аналогичные результаты были получены и при поливе семян пшеницы и ячменя.

Таким образом, по полученным результатам можно сделать вывод, что токсичность природных вод в реке Белой наиболее высокая выше по течению относительно исследуемых городов. Наиболее чувствительны к токсичности воды проростки ячменя.

В заключительной части эксперимента было проведено взвешивание надземной части и корней исследуемых тест-объектов на аналитических весах. Полученные данные представлены в таблице 6.

По изменению надземной массы в опытных пробах по сравнению с контролем можно судить о токсичности данной пробы воды. Высокая токсичность наблюдается в пробе № 1 — контрольный створ г. Ишимбая выше по течению реки Белой. У проростков отмечалось торможение развития надземной части на 53 — 55% больше, чем в контрольной пробе. Проба № 4 — ниже г. Салавата — также токсична, но в меньшей степени. Пробы № 2 и 3 имели очень слабую токсичность.

Выводы. При проведении теста на всхожесть видно, что практически все семена ячменя (96 — 100%) проросли на 2-е сут. эксперимента, но минимальный показатель продемонстрировали семена овса — 12 — 16% от общего количества закладываемых семян.

3. Результаты проращивания семян овса при поливе исследуемой водой

№ пробы Срок, сут.

2-е 3-е 4-е 5-е 6-е 7-е 9-е 10-е

N шт. ^ см N шт. Ьсрт см N шт. Ьсрт см N шт. Ц» см N шт. Ь^ см N шт. Ь^ см N шт. V см N шт. Ц* см

1 3 0,3 7 0,7 11 2,4 14 3,6 15 6,5 15 7,6 15 10,6 15 10,7

2 4 1,0 10 1,8 15 3,6 15 6,3 17 8,6 17 10,5 17 14,3 17 15,2

3 3 0,6 4 1,4 10 2,1 12 4,3 14 7,5 14 10,1 15 13,2 15 14,7

4 3 0,8 9 1,0 9 2,8 10 5,2 11 7,6 11 9,1 11 10,5 12 11,3

4. Результаты проращивания семян пшеницы при поливе исследуемой водой

№ пробы Срок, сут.

2-е 3-е 4-е 5-е 6-е 7-е 9-е 10-е

N шт. ЬсР, см N шт. V см N шт. V см N шт. Ц* см К, шт. Ц* см N шт. Ц* см N шт. Ц* см N шт. Ьср, см

1 7 1,3 9 1,6 8 2,4 7 3,8 7 4,4 7 4,7 5 5,1 5 5,4

2 17 1,5 17 2,2 17 3,8 14 6,8 14 10,0 13 11,3 10 13,6 9 14,2

3 7 1,9 9 2,5 10 4,1 11 5,3 11 8,0 11 8,9 8 11,4 8 12,6

4 12 1,8 17 2,2 17 3,9 17 5,6 16 8,1 16 8,3 16 8,4 11 8,5

5. Результаты проращивания семян ячменя при поливе исследуемой водой

№ пробы Срок, сут.

2-е 3-е 4-е 5-е 6-е 7-е 9-е 10-е

N шт. Ц* см N шт. V см N шт. V см N шт. Ц» см N шт. ^ см N шт. ^ см N шт. V см N, шт. Ц* см

1 24 2,2 20 3,4 20 4,4 20 5,9 15 6,7 16 6,8 13 7,1 13 7,7

2 25 2,7 25 4,4 25 6,5 25 8,6 25 10,6 24 10,8 22 14,5 22 14,8

3 25 3,2 25 4,7 25 6,5 25 8,1 23 10,4 23 11,2 23 12,0 23 12,7

4 24 2,2 24 3,7 24 5,9 21 8,8 21 10,7 21 11,4 20 12,1 20 12,4

6. Развитие проростков тест-объектов

л б Тест-объект

о & овёс пшеница ячмень

% надземная часть, г корни,г надземная часть, г корни,г надземная часть, г корни,г

1 26,7 3,2 28,4 2,1 26,3 3,7

2 25,7 4,3 38,1 6,6 40,4 5,0

3 29,2 4,2 29,3 5,1 32,2 5,5

4 27,9 3,1 14,2 5,3 29,1 3,8

......... проба 1 — — — проба 2 проба3 ————-проба4

Рис. 1 - Соотношение средней длины корней овса при поливе их испытуемой водой в течение 10 сут.

16 14 12 10 8 6 4 2 0

3 4

•• проба 1 —

5

проба 2

6 7

— проба 3

9 10

проба 4

Рис. 2 - Соотношение средней длины корней пшеницы при поливе их испытуемой водой в течение 10 сут.

16 14 12 10 8 6 4 2 0

10

проба 1

проба 2

проба 3

проба 4

Рис. 3 - Соотношение средней длины корней ячменя при поливе их испытуемой водой в течение 10 сут.

Минимальное количество семян на 2-е сут. проросло в результате полива водой, отобранной в контрольных створах, находящихся выше г. Ишимбая и г. Салавата, наибольшее — в воде, отобранной в контрольном створе ниже г. Ишимбая.

Максимальная скорость роста корневой системы наблюдалось при поливе семян овса, пшеницы и ячменя водой, отобранной в точке № 2 — контрольный створ ниже г. Ишимбая. Минимальная скорость роста — при поливе водой, отобранной выше г. Ишимбая.

По изменению надземной массы в опытных пробах по сравнению с контролем можно судить о токсичности данной пробы воды. Высокая токсичность наблюдалась в пробе № 1 — контрольный створ г. Ишимбая выше по течению реки Белой. У проростков наблюдается торможение развития надземной части на 53 — 55% больше, чем в контрольной пробе. Проба № 4 — ниже г. Салавата — также токсична, но в меньшей степени. Пробы № 2 и 3 имели очень слабую токсичность.

По результатам исследования можно сделать вывод о том, что соотношение длины и массы

проростков тест-растении зависит от токсичности природных вод: чем больше токсичных веществ в пробе воды, тем меньше длина и масса проростков тест-растении. Менее токсичны пробы воды из реки БелоИ ниже города Салавата. Следует отметить, что при поливе проростков тест-растении испытуемой водоИ в большей степени угнетается развитие корневои системы.

Литература

1. Евстифеева Т. А., Фабарисова Л. Г. Биологический мониторинг. Оренбург, Университет, 2012. 120 с.

2. Гарицкая М.Ю., Шайхутдинова А.А., Байтелова А.И. Экология растений, животных и микроорганизмов. Оренбург: ОГУ, 2016. 345 с.

3. Шайхутдинова А.А., Немерешина О.Н., Гривко Е.В. Распределение тяжёлых металлов в депонирующих средах в зоне влияния теплоэлектроцентралей // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2016. № 6 (62). С. 187 - 189.

4. Шайхутдинова А. А., Куксанов В. Ф., Князева А. Н. Исследование эффективности очистки хозяйственно-бытовых сточных вод города Оренбурга // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2017. № 4 (66). С. 240 - 243.

5. Р 52.24.353 — 2012 Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2012.