Влияние загрязнителей на биологические объекты

В природные водоемы со сточными водами промышленных предприятий, с поверхностными стоками с полей, с хозяйственно-бытовыми стоками, с загрязненными осадками и так далее часто поступают чрезвычайно опасные загрязняющие вещества (фенолы, нефтепродукты, ароматические углеводороды, пестициды).

Действие ядовитых химических веществ на живые организмы многообразно. Чем сложнее организм, тем на большее число его жизненных функций действует токсикант.

Определить токсичность загрязнителей можно различными физико-химическими и биологическими методами. Аналитическим индикатором в биологических методах являются биологические объекты – инфузории, амёбы, дафнии, одноклеточные водоросли, семена злаковых культур, крысы, кролики и т.д.

Дафнии (Daphnia magna) – ветвистоусые рачки, обитающие в пресноводных водоемах, чувствительные к различным химическим загрязнителям. Ответная реакция дафний на токсические соединения – потеря поступательного движения или гибель через определенное время наблюдения.

Биотестирование проводят для определения токсичности поверхностных и сточных вод, в частности, в месте поступления последних водных объектов, а также в контрольном и других створах водопользования с целью проверки соответствия качества воды нормативным требованиям. Так, сточная вода на сбросе не должна оказывать острого токсического действия, а вода в контрольном и других створах водопользования – хронического токсического действия на тест-объекты.

Цель работы: выявить токсичность вод, содержащих различные загрязнители методом кратковременного биотестирования с использованием рачков рода дафний.

Материалы и оборудование: колбы объемом 250 мл, стеклянная трубка диаметром 0,5 – 0,7 см, модель загрязнения (водный раствор с рН = 2…5; эмульсия нефтепродуктов; раствор пестицидов; раствор, содержащий тяжелые металлы), контрольный раствор – водопроводная вода.

Порядок выполнения работы

Поместить по 50–100 мл отстоянной водопроводной воды, обогащенной кислородом (модель естественного водоёма) в три колбы. Одна колба с водой не должна содержать загрязняющие вещества (контрольный вариант). Перенести дафний в количестве 6–10 особей в каждую колбу. Далее:

– для варианта нефтесодержащего стока в одну колбу добавить 2–3 мл нефтяной эмульсии, в другую – каплю нефти для создания пленки на поверхности воды;

– для моделирования условий, наблюдаемых при выпадении кислотных осадков, в одну колбу внести 2 мл кислотного стока (рН = 5), в другую –10 мл (рН = 2);

– для варианта загрязнения воды пестицидами в одну колбу внести 0,5 мл раствора пестицидов, в другую – 5–10 мл;

– для моделирования водоема, в который попадают сточные воды, содержащие ионы тяжелых металлов, в одну колбу внести 1 мл модельного стока с металлами, в другую – 10 мл.

Наблюдать в течение занятия за состоянием рачков. Учет выживших дафний проводят через 1, 24, 48, 72, 96 ч. Особей считают выжившими, если они свободно передвигаются в толще воды или всплывают со дна сосуда не позднее 15 с после его легкого покачивания.

Рассчитать процент погибших дафний в каждом из вариантов по формуле

,

где Х _к – количество дафний, выживших в контроле, Х _т – количество дафний, выживших в тестируемой воде.

Если полученное значение А ≥ 50 %, то это позволяет сделать вывод о том, что данный модельный сток оказывает токсическое действие на дафний.

Для определения степени острого токсического действия анализируемых сточных вод рассчитать графическим методом кратность разбавления воды (ЛКр₅₀ – 96 ч), при которой гибнет 50 % дафний за 96 ч и минимальную кратность разбавления (ЛКр₀ – 96 ч), при которой дафнии не гибнут.

Пример графического расчета степени токсичного действия показан на рис. 1.

0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 lg K

Рис. 1. Пример графического расчета степени токсического действия загрязнителей

На оси абсцисс откладывают логарифмы величин кратности разбавления тестируемой воды, а на оси ординат – величины выживаемости дафний в процентах к контролю. Полученные точки соединяют прямой. От точек на оси ординат, соответствующих 50 и 100 %-ной выживаемости, проводят линии, параллельные оси абсцисс. Из точек пересечения этих линий с экспериментальной прямой опускают перпендикуляры на ось абсцисс и находят логарифмы величин кратности разбавления, которые (кратности) будут соответствовать искомым величинам ЛКр₅₀ и ЛКр₀. Чем больше величины ЛКр₅₀ и ЛКр₀, тем токсичнее сточная вода, а значит, тем опаснее для окружающей среды ее воздействие.

Степень токсичности можно также установить, рассчитав среднее время гибели 50 % дафний в тестируемой воде (ЛТ₅₀). Для этого строят график, откладывая на оси абсцисс время наблюдения, а на оси ординат – выживаемость в процентах к контролю. Чем меньше ЛТ₅₀, тем токсичнее тестируемая вода.