АРПАО БИОТЕСТИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОДОРОСЛИ ХЛОРЕЛЛА
(Chlorella vulgaris)

Автор: Нерадовская Юлия Валерьевна, 1986 года рождения, Учашаяся курса «Гидробиология»,
Станции «Юный натуралист»

Руководитель: Маюрова Марина Валентиновна, педагог дополнительного образования

г.Сургут

Введение

В настоящее время оценка загрязнения окружающей среды (воды, почвы, воздуха) производится главным образом на основе результатов химического анализа. Однако из-за огромного числа видов самих загрязняющих веществ, источников и выбросов, а также сложности и высокой стоимости химических анализов организовать эффективный экологический мониторинг средствами аналитической химии практически нельзя (Григорьев,1999). Это невозможно еще и потому, что химико-аналитический контроль не учитывает комбинированный характер действия загрязнителей, когда влияние каждого из них может дополнять, усиливать и подавлять друг друга (Добринский,1998).

Между тем, многие из перечисленных трудностей удается преодолеть, если в традиционную схему экологического контроля ввести методы биологического анализа. Эти методы основаны на регистрации суммарного действия на биотест сразу всех или многих компонентов загрязнения и, таким образом, позволяют быстро и с минимальными затратами оценить, является ли анализируемая проба загрязненной или нет. После процедуры биотестирования дорогостоящему химическому анализу подвергаются лишь немногие образцы (районы), которые вызывают сомнения относительно их безопасности.

Цель и задачи исследования

Цель исследования: изучение экологического состояния реки Оби в районе г.Сургута.

Задачи:

Определение токсичности проб воды бассейна р.Оби в районе г.Сургута методом биотестирования.

Выявить возможные источники загрязнения воды.

Выявить зону самоочищения р. Оби.

Определить степень точности  метода биотестирования по определению экологического состояния водоема.

1.2.  Актуальность и практическая значимость исследования.

Актуальность данной работы заключается в апробации нового метода биологического анализа основанного на выращивании культуры водоросли Хлорелла (Chlorella vulgaris) в различных пробах воды, отобранных в разных точках р,Обь в районе г.Сургута. А так же в выявлении причин загрязнения реки.

Практическая значимость данной работы очевидна: если методика биотестирования оправдает себя, то ее можно будет применять по отношению к различным исследованиям, проводимых как школьниками, так и студентами ВУЗов.

Материал и методика исследования.

В качестве «подопытного» организма в наших экспериментах будет использоваться одноклеточная зеленая водоросль Chlorella vulgaris. Выбор этого обьекта обусловлен тем, что данная водоросль быстро размножается и легко культивируется (выращивается) на искусственных питательных средах. Кроме того, она широко распространена в природе и хорошо изучена учеными [4]. Среди многих из возможных питательных сред взята минеральная среда Тамия следующего состава следующего состава: KNO3 – 5.0; MgSO4 x 7H2O – 2.5; KH2PO4 – 1.25, сульфат железа или FeSO4 – 0.003 г\л. В готовую среду вносится раствор микроэлементов Арнона (2 мл\л среды).

Питательная среда и раствор всех солей готовятся на дистиллированной воде и не подвергаются стерилизации. Для избежания образования осадка, навеску каждого вещества сначала растворяют в небольшом количестве воды, а затем растворы сливают вместе в указанный выше последовательности и доливают воду до соответствующего обьема. Перед внесением водорослей приготовленная среда разбавляется  в два раза дистиллированной водой. При отсутствии последней можно использовать прокипяченную или отстоянную в течении нескольких часов воду.

Наращивание культуры водоросли производится в специально разработанном для этих целей культиваторе КВ – 04. В приборе предусмотрено выращивание в двух отдельных стаканах емкостью 150 мл., одновременно двух культур водоросли. Для обеспечения их углекислым газом, за счет растворения содержащегося CO2, обе суспензии  перемешиваются магнитными мешалками, смонтированными в обеих отсеках культиватора. Мешалки, состоящие из четырех электромагнитов, питаемых переменным электрическим током и постоянного магнита, отпускаемого в стакан, запускаются кнопкой каждый раз после установки культуры в прибор.  Облегчить запуск мешалок можно путем поворота стаканов вокруг своей оси.

Засев водоросли производится с начальной плотностью 0,1-0,15 единиц  оптической плотности (Р), которая измеряется на входящем в состав лаборатории приборе ИПТ – 0.2. Для этого в приготовленный обьем питательной среды (200-300 мл) малыми порциями вносится засеваемая суспензия водоросли, профильтрованная через 3-4 слоя марли, после чего каждый раз производится замер (Р). Культура выращивается в полустационарном режиме, который достигается ее пересевом в свежую среду  с периодичностью 1-2 раза в неделю. Такой режим культивирования позволяют без соблюдения условий стерильности поддерживать альгологически чистую культуру водоросли. При испарении суспензия водоросли доливается до отметки 150 мл. дистиллированной водой. При потреблении культуры в нее доливается (50%)  питательная среда.

Выращенную культуру водоросли можно сохранять в течение одного и более месяцев в холодильнике при температуре близкой к 0 С. При этом недопустимо полное или частичное промерзание сохраняемой суспензии.

4.1.Методика биотестирования:

Исходная культура водоросли фильтруется через 4 слоя марли и разбавляется 50% средой Тамия до оптической плотности 0.07 ± 0.01;

Полученная суспензия водорослей разливается малым шприцом – дозатором (1мл) в реакторы культиватора;

Тестируемые воды вносятся большим шприцом-дозатором (6мл) в те же реакторы.

В качестве контроля используется дистиллированная или водопроводная водя. Последняя, для удаления токсичного остаточного хлора, должна быть отстояна и проаэрирована путем продувки воздуха аквариумным компрессором в течении 1-2 суток.

Поскольку тестируемые и контрольные воды добавляются по 6 мл., то на момент биотестирования оптическая плотность суспензии водоросли в реакторах культиватора составляет 0.01. В каждом из вариантов опыта используется по три флакона, которые последовательно, начиная с контрольной пробы, устанавливаются в кассету культиватора со стартовой метки.

При оптимальном режиме (Т=34-36С, интенсивность света – 80вт\м и скорости вращения кассеты ч реакторами – 30 об\мин.) прирост численности клеток за время проведения хронического токсикологического эксперимента (24 час) в контроле составляет 10 ±1 раз. Прибор позволяет в одном опыте протестировать на фитотоксичность пять образцов природной или сточной воды вместе с одной контрольной пробой.

Характер воздействия тестируемых вод оценивается путем сравнения суточного прироста численности клеток водорослей в контрольном и опытном вариантах. Контроль за численностью клеток проводится посредством измерения оптической плотности суспензии.

Расчет показателя токсичности (КТ) проводится по формуле:

КТ=(DK-DT)\DK

где DK и DT – величины оптической плотности контрольного и тестируемого образца, соответственно, после 24 часов культивирования.

Превышение КТ величины 0.2 свидетельствует о токсичности пробы воды. При этом суточный прирост в контроле должен быть не менее 10± 1 раз.

4.2. Сроки отбора проб.

Отбор проб производился в сентябре – октябре 2000 года. При приблизительно одинаковых погодных условиях.

Визуальное описание исследуемых биотопов.

Проба №1 бралась в месте впадения р.Черная в р.Обь. Река Черная вытекает из водоема – охладителя ГРЭС, неся в себе воды, возможно загрязненные отработанными водами данного предприятия.

Отбор проб производился на расстоянии 0,5 м от берега, глубина 0,2-0,4 м.

Проба №2 бралась в районе речпорта, на расстоянии 500 м ниже по течению от места отбора пробы №1.

Отбор производился на расстоянии 0,5 м от берега, на глубине 0,3 м.

 

Проба №3 отбиралась в районе рыбокомбината, на расстоянии 500 м ниже по течению от места отбора пробы №2.

Проба №4 отбиралась в районе впадения в Обь рек Сайма и Бордыковки.

 

Проба №5 отбиралась в районе впадения рек Сайма и Бордыковки в правую протоку реки Оби.

Проба № 6 отбиралась в районе асфальтового завода и водоочистных сооружений города.

Проба №7 отбиралась в районе парка отдыха «Орбита».

Дата: 26 сентября 2000 года.

РЕЗУЛЬТАТЫ.

Все отобранные пробы воды были протестированы на приборе «Фитотест – 03». Результаты значений оптической плотности (Д) занесены в таблицы 1,2.

Таблица №1

Значение начальной оптической плотности проб воды.

№ пробы

Значение оптической плотности

 

Д1

Д2

Д3

 

Контроль

000

006

007

 

№1 (после впадения р.Черная)

031

030

022

 

№2 (речпорт)

010

009

017

 

№3 (рыбокомбинат)

022

008

015

 

№4 (100м после Саймы)

010

032

016

 

№5 (10м после Саймы

025

025

036

 

№6 (р-н асфальтового з-да)

043

038

049

 

№7 (р-н «Орбиты»)

045

039

050

 

№8 (р.Сайма)

053

064

057

 

В первой таблице записаны начальные данные (Д). Это было сделано с тем учетом, что вода в реках Западной Сибири имеет желтовато – коричневый цвет, что дает большее значение (Д) при измерении. Поэтому, когда измерялось оптическая плотность проб через 24 часа учитывалось значение начальной Д  (из Д» необходимо вычитать Днач.).

Таблица №2.

Значение оптической плотности проб воды через 24 часа.

№ пробы

 

Значение оптической пробы через 24 часа

Д’1                    Д’1– Д1

Д’2                  Д’ 2- Д2

Д’3                            Д’ 3 - Д3

Контроль

177             177            

159             153

153                  146

№1

212             181

204             174

221                  199

№2

152              142

124              115

170                   153

№3

177              155

183              175

154                   139

№4

165              155

196              164

154                   138

№5

217              192

167              142

146                   110

№6

235              192

200              162

270                    221

№7

208              163

240              201

250                    200

№8

202              149

200             136

187                    130

Значение оптической плотности использовались для вычисления коэффициента токсичности воды. Была составлена таблица, показывающая среднее значение оптической плотности для каждой пробы воды и коэффициент токсичности (табл.№3)

Таблица №3.

Коэффициент токсичности (КТ) проб воды изучаемых створов.

№ пробы

Д’ср

КТ

№1

185

- 0,17

№2

137

0,13

 №3

156

0,01

№4

152

0.04

№5

148

0.06

№6

192

- 0.22

№7

188

-0.19

№8

138

0.13

Расчет коэффициента токсичности (КТ) показал, что во всех отобранных пробах вода была нетоксична. Так как ни в одной из проб КТ не был равен или был бы большим, чем 0,2. Коэффициент токсичности (КТ) в пробе взятой в реке Обь после впадения реки Черная, прошедшей через водоем-охладитель ГРЭС равен – 0.17. Прирост водоросли составил 60 раз. Это говорит о большой концентрации неорганических веществ в воде, являющихся стимулом для бурного развития хлореллы.

Затем количество неорганики в воде реки Оби заметно снижается. Так, в 500 м. от впадения реки Черная КТ2 = 0.13, здесь прирост водоросли составил всего 13,7 раз. Далее по течению еще в 500 м. ниже, в районе рыбокомбината КТ3 = 0.01. Прирост водоросли равен 9  Немногим больше значение КТ в районе впадения реки Сайма:КТ4 = 0.04, прирост водоросли равен 10,3 раз. Хотя в самой реке Сайма КТ(сайма) = 0,13, т.е. неорганики достаточно большое количество. В пробах, взятых в районе водоочистительных сооружений и асфальтового завода КТ = -0.22, прирост водоросли в 76 раз больше, чем в контроле.  Содержание неорганических веществ в данной пробе является максимальным из всех отобранных образцов.

В районе парка отдыха Орбита, ниже в 500м по течению от предыдущей точки взятия пробы, КТ=-0,19, прирост водоросли равен 67 раз. Возможно, содержание питательных веществ в воде для развития хлореллы в данном створе становится уже меньшим, чем в предыдущей пробе. То есть после загрязнения асфальтового завода произошло в данном биотопе самоочищение воды в реке.


Все полученные данные были объединены графиком №1.

 

 


Был составлен график№2 изменения КТ на протяжении протекания реки Оби вдоль города Сургута.

 


 



1 – после впадения р.Черная;

2 – речпорт;

3 – рыбокомбинат;

4 – 100м после р.Саймы;

5 – 10 м после р.Саймы;

6 – р-н асфальтового завода;

7 – р-н Орбиты.

 

Анализируя полученные данные можно утверждать, что вода в реке Обь перед г. Сургутом получает большое количество неорганических веществ из водоема-охладителя ГРЭС и при протекании через город значительно загрязняется минеральными солями (нитраты, фосфаты и сульфаты). Это говорит о большой антропогенной нагрузке.  Предприятиями загрязнителями возможно являются асфальтовый завод, водоочистные сооружения, а также  большое количество загрязняющих веществ попадает в реку Обь из реки Сайма и реки Бордыковки, захламленных бытовыми и промышленными отходами.

По мере протекания вода в реке Обь самоочищается. Протяженность зоны самоочищения колеблется от 500 до 1500 метров.

ВЫВОДЫ.

Пробы воды в реке Оби нетоксичны.

Данные исследования показали о высокой концентрации неорганических веществ в воде.

При протекании через г. Сургут река Обь загрязняется от различных предприятий.

Возможные  источники загрязнения: вода реки Черная (ГРЭС) , речпорт, реки Сайма и Бордыковка, асфальтовый завод и водоочистные сооружения.

Протяженность зоны самоочищения  реки Оби колеблется от 500 до 1500 м.

Метод фитотестирования не дает полной картины экологического состояния водоема, так как нет критериев оценки содержания органических веществ в воде и не разработана шкала зависимости коэффициента токсичности от концентрации  неорганических веществ в пробе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В работе был опробован новый метод биоиндикации воды: биотестирование природных вод с помощью водоросли хлорелла Chlorella vulgaris.Использование данного метода не дает конкретных результатов, так как не разработана шкала оценки содержания неорганических и органических веществ в пробах. Данный метод отвечает только на вопрос: “Токсична вода или нет?”, а почему она токсична и пригодна ли для нужд человека, если не токсична, но содержит большое количество биогенных веществ нет ответа.

Таким образом, использование данного метода не целесообразно при проведении экологических исследований с целью получения конкретных результатов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1.        География Ханты-Мансийского округа. Учебное пособие для 8-9-х классов.-М.:Экопрос,1996-с.49-50.

2.        Константинов А.С. «Общая гидробиология».-М.: Высшая школа,1979-480с.

3.        Экология родного края. Сборник методических рекомендаций. Киров «КГУ»,1986 –с.178-185.

4.        Экология. Лабораторный практикум. Красноярск,1998-28с.

5.        Экология Ханты-Мансийского автономного округа./ Под ред.Плотникова. Тюмень,1997. –С.146-158.