СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ АЛЬГОЛОГИЧЕСКОГО БИОТЕСТА К ДЕЙСТВИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОПТИМАЛЬНЫХ И СТРЕССОВЫХ УСЛОВИЯХ.

COMPARATIVE CHARACTERISTICS OF SENSITIVITY ALGOLOGICAL  OF THE BIOTEST TO THE ACTION OF HEAVY METALS IN OPTIMAL AND STRESS CONDITIONS

Vladimir Polynov

 сandidate of biological sciences, associate professor of the department of END PI ISU

Russia, Irkutsk

Lidiya Kopylova

Master, Irkutsk State University

Russia, Irkutsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается возможность использования альгологического биотеста для определения  загрязнения воды тяжелыми металлами в различных условиях. Основной целью работы было проведение сравнительного анализа токсического действия тяжелых металлов на примере ионов меди на культуру хлореллы в обычных условиях выращивания и при действии дополнительных светового и температурного стрессов. Опыт проводили с использованием метода биотестирования. В результате был установлен диапазон концентраций ионов меди от минимальной  до абсолютно летальной.

​ABSTRACT

The purpose of article is studying of a possibility of use of the algological biotest for water pollution definition by heavy metals in various conditions. The main aim of this work was to perform a comparative analysis of the toxic effect of heavy metals on the example of copper ions on the culture of Chlorella under normal conditions of cultivation and the effects of additional light and temperature stress. The experiment was carried out using the method of biotesting. The result was the range of concentrations of copper ions from minimal to absolutely lethal.

Ключевые слова: биотест, биотестирование, токсикант, альгология,  сравнительный анализ, культивирование, концентрация.

Keywords: biotest, biotesting, toxicant, algology, comparative analysis, cultivation, concentration.

В настоящей статье рассмотрен сравнительный анализ возможности использования альгологического биотеста для определения  токсичности  тяжелыми металлами водоемов в оптимальных и стрессовых условиях. Основной целью работы было проведение сравнительного анализа токсического действия тяжелых металлов на примере ионов меди на культуру хлореллы в обычных условиях выращивания и при действии дополнительных светового и температурного стрессов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1. Проанализировать имеющиеся литературные данные по основам экотоксикологии.

 2. Оценить особенности роста лабораторной культуры хлореллы на

питательной среде Прата в обычных условиях постоянного культивирования и при световом и температурном стрессах;

3. Изучить особенности действия такого распространенного токсиканта, как ионы меди, на рост культуры хлореллы в обычных условиях культивирования и при наложении дополнительного светового и температурного стрессов;

4. Установить диапазоны действующих концентраций меди для оценки чувствительности хлореллы в обычных и стрессовых условиях.

Объектом исследования служила чистая культура зеленой водоросли Chlorella vulgaris Beijer.

Предмет исследования было действие ионов меди на рост культуры хлореллы в обычных и стрессовых условиях. В обычных лабораторных условиях хлореллу культивировали в плоскодонных колбах объемом 200 мл, находящихся при комнатной температуре (около 20^оС) с рассеянным освещением, на искусственной питательной среде  Прата [8, с 45-61]. Культуру водорослей вносили, в свежую питательную среду из маточной суспензии в расчете около 0,2 млн. клеток/мл. Опыты по выращиванию водорослей проводили в течение 10-20 суток. Токсикологические опыты проводили с использованием такого распространенного токсиканта, как медь (Cu²⁺) [4, с 74- 81].

Токсикологические опыты проводили при различных внешних условия:

1) При обычных условиях. Одновременно с опытами ставили контроль. Продолжительность экспериментов составляла до 12 суток.

2) В условиях низкотемпературного стресса: при снижение температуры обычного культивирования до 8-10^оС

3) В условиях светового и низкотемпературного стресса: выставление культивационных колб в специальную установку с лампами дневного освещения ЛДЦ-40 и при постоянном поддержании температуры около 10^оС.

4) В условиях светового и высокотемпературного стресса: выставление культивационных колб в специальную установку с лампами дневного освещения ЛДЦ-40 и при постоянном поддержании температуры около 32^оС [2, c. 288].

Основным показателем для оценки токсического действия веществ служил рост количества клеток водорослей в опыте по сравнению с контролем [7, с 25]. Полученные сведения заносили в рабочую тетрадь.

Число клеток в культуре определяли двумя способами:

1. Прямое микроскопирования каждые 2 суток опыта [6, с 198 ].

2. Спектрофотометрический метод [3, c. 410- 424].

Большая часть токсикологических опытов была проведена в 3-4-х повторностях, в результатах приведены средние значения показателей. Учитывая, что опыты проводились в строго контролируемых условиях по отработанной методике, разброс от среднего не превышал 10%.

1. В обычных (не стрессовых) условиях лабораторная культура хлореллы способна интенсивно расти на относительно бедной среде Прата в течение 15-16 суток, проходя через все стадии роста и достигая плотности с 0,2-0,3 до 8-9 млн.кл/мл;

2. При наложении как светового, так и температурного стрессов скорость культуры роста резко замедлялась за счет значительного увеличения лаг-фазы, в ходе которой происходила постепенная адаптация хлореллы к действию стресса, а численность клеток на 15-16 сутки опыта не превышала 2-3 мл.кл/мл;

3. При адаптации культуры хлореллы к действию стресса (например, при постоянном выращивании в условиях интенсивного освещения и повышенной температуры) интенсивность ее роста восстанавливалась или даже превышала таковую при обычных условиях;

4. Диапазон обнаруженных нами концентраций от максимальной, не оказывавшей достоверного (по критерию Стьюдента) ингибирующего действия на рост культуры хлореллы в обычных условиях до минимальной абсолютно летальной составил 0,025 – 0,25 мг/л, что свидетельствует о достаточно высокой чувствительности данного биотеста к действию меди;

5. При действии сублетальных концентраций меди было обнаружено явление фазности развития токсического действия: первичной декомпенсации, компенсации, вторичной декомпенсации и финальных нарушений, что указывает на необходимость использования токсикодинамических особенностей эффекта для корректного анализа степени токсичности за-грязнителя;

6. При изменении внешних условий до стрессового уровня, по сравнению с обычными условиями, приводило в наших экспериментах к значительному увеличению чувствительности хлореллы к действию меди [1, c. 528].  Так, по результатам пробит-анализа, полуподавляющие рост хлореллы концентрации меди в условиях светового и высокотемпературного стрессов были в 4 раза меньше, чем при проведении токсикологического опыта в обычных условиях;

7. Впервые нами было обнаружено явление снижение чувствительности культуры хлореллы к действию токсикантов при ее адаптации к первоначально стрессовым условиям. В связи с этим, для оперативного обнаружения токсического действия загрязнителей, рекомендуется проводить биотестирование при создании для тест-объекта условий дополнительного (светового и (или) температурного) стрессов [5, с 125].

В заключении следует сказать, что микроводоросли Chlorella vulgaris можно использовать как тест- объект для определения наличия токсических веществ в водоемах, так как они обладают быстрой ответной  реакцией на действие антропогенных факторов.

Список литературы:

1. Буторина Н. В. Инженерная экология и экологический менеджмент: учебное пособие / Н. В. Буторина, П. В. Воробьев, А. П. Дмитриева ; под ред. Н. И. Иванова, И. М. Фадина. - М. : Логос, 2002. - 528 с. 
2. Лемеза Н. А. Альгология и микология. Практикум: учебное пособие. - Минск: Изд-во Высш. шк., 2008. – 288 с.
3. Моисеенко Т. И. Экотоксикологический подход к оценке качества вод // Водные ресурсы. – 2005. - Т. 32. № 4. С. 410 - 424.
4. Полынов В. А. Использование светового и температурного стрессов для повышения чувствительности биотестов, основанных на флуоресценции микроводорослей / В. А Полынов, Д. Н. Маторин, П. С Венедиктов // Водные ресурсы – М., 1992, №6, С.74-81.
5. Семенченко В. П. Принципы и системы биоиндикации. – Минск : Орех, 2004. – 125 с.
6. Фрумин Г. Т. Экологическая химия и экологическая токсикология. – СПб. : Изд-во СПбГУ, 2000. - 198 с.
7. Algae and Cyanobacteria, Growth Inhibition Test” / OECD Guidelines for the testing of chemicals Freshwater. - Paris, 2006. - 25 p.
8. Carignan V. Selecting indicator species to monitor ecological integrity : a review // Environmental Monitoring and Assessment. 2002. Vol. 78.  P. 45-61.