Способ определения токсичности окружающей среды

 

Изобретение относится к биологии, в частности к способам определения токсичности окружающей среды по изменению тест-функций растений, и может быть применено к гидробиологии, экологии и водной токсикологии. Цель изобретения - повышение чувствительности и расширение диапазона исследуемых веществ. Для определения токсичности окружающей среды применяется феномен изменения биоэлектрического потенциала листа растений при скачкообразном изменении освещения по форме прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции, которая характеризует общее функциональное состояние растений. При наличии токсичных веществ нарушается нормальная жизнедеятельность растений и изменяется биопотенциал по форме прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции. Измерение разности потенциалов производится между листом и корнем растения. Измеряют светоиндуцированную биоэлектрическую реакцию в тестируемом растворе по амплитудным и временным параметрам и при наличии отклонения от контроля хотя бы одного из измеряемых показателей судят о токсичности окружающей среды. При этом мощность прямоугольного импульса света составляет 3-300 Вт/м<SP POS="POST">2</SP>. Результаты регистрируются и записываются автоматически на самописце в виде кривой. 5 ил.

(5У 4 G 01 N 27/56, 33/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч *

t у ф, СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ Гкнт СССР

1 (21) 4296949/31 -25 (22) 20 ° 08.87 (46) 30.10.89. Бюл. Р 40 (71) Институт гидробиологии АН УССР (72) А.П.Пасичный, P.Â.Химко и В.В.Сазонов (53) 628 .314 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 914995, кл. G Ol N 33/18, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1165988, кл. G 01 N 33/18, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИЧНОСТИ

ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к биологии, в частности к способам определения токсичности окружающей среды по изменению тест-функций растений, и может быть применено к гидробиологии, экологии и водной токсикологии. Цель изобретения — повышение чувствительности и расширение диапазона исследуемых веществ. Для определения токсичности окружающей среды применяется феномен изменения биоэлектричесИзобретение относится к биологии, в частности к способам определения токсичности окружающей среды по изменению тест-функций растений, и может быть применено в гидробиологии, экологии и водной токсикологии.

Цель изобретения — расширение диапазона исследуемых веществ и повышение чувствительности за счет феномена изменения биоэлектрического потенциала листа растг ння при измене

„„Я0„„1518771 А 1

2 кого потенциала листа растений при скачкообразном изменении освещения по форме прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции, которая характеризует общее функциональное состояние растений. При наличии токсичных веществ нарушается нормаль ная жиз недея тельно сть растений и изменяется биопотенциал по форме прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции. Измерение разности потенциалов производится между листом и корнем расте— ния. Измеряют светоиндуцированную биоэлектрическую реакцию в тестируемом растворе по амплитудным и временным параметрам и при наличии отклонения от контроля хотя бы одного из измеряемых показателей судят о токсичности окружающей среды. При этом мощность прямоугольного импульса света составляет 3-300 Вт/м . Результа2 ты регистрируются и записываются автоматически на самописце в виде кривой. 3 ил. нии условий освещения путем измерения прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции, которая характеризует общее функциональное состояние растения.

При наличии токсичных веществ нарушается нормальная жизнедеятель— ность растения и изменяется биапотенциал по форме прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции.

Измерение разности потенциалов прово—! Й/7! в ж;Iv к< р((и H (III(: тк< м р I(т(— ((((Ч . ()< Be((I;I(r> (!);I(r< IIH(J (. r) (. Iã.;(<(I(<)<)()—

20

30

I фаза . ЬЕ, = 25-35 мВ; gt) = 170-200 с; — — — 0,200 мВ/с;

1(Е!!

II фаза: d E = 80-90 мВ; ЬГ. = 450-650 с; — - 0,150-0,200 мВ/с;

III фаза. ЬЕ, = 40-60 мВ; ht) = !000-1500 с, hE)/ДС > 0,030-0,040 мВ/с.

Кон трог(ьную среду сменили на исследуемую тестируемую и после устаиз этих (() ксс! Степей от контрольных судили о ток .(((Иос ти водной среды (н фиг. к()(!I:;(я 1 — контроль, на!

)и )ным из((си< .I(H(м интен(.ивности (ве— та, т.е. резко Н IM(. íÿþò освеш Ill(()< ть

< бъекта: темнот;I — (вет ипи свет свет с пере((IJJ<»(интенсг(нности не ме— нее 3 Вт/и . П.(меряют снетоиндуди7 рованную б((оэпектрическую реакцию в тестируемом растворе по амплитудным и временным параметрам и при наличии отклонения от контроля хотя бы одного из измеряемых показателей судят о токсичности окружающей cpe(((I. Результаты регистрируются и записываются автомат((чески на самописце в виде кривой.

Способ реализуется следующим образом. К отводящим электродам подключается с помощью приспособления для обеспечения контакта листа растения с отводящими электродами исследуемый растительный объект. Электроды подключаются к усилителю, который подключен к блоку автоматического контроля и записи результатов. При включении источника освещения в растительном объекте начинает проходить светоиг(дуцированная биоэлектрическая реакция. Сигналы проходят через усилитель и поступают в блок автоматического контроля, где регистрпрук)тся и записываются на самописце в виде кривой прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции. новпения стаг(ио((арного сос тояния потенциапа в темноте получили новую светоиндуцирон;(нHóþ биоэлектриче(.êó(o реакцию. Проводили количественну(о

Оценку амплитудных (Е) и временных (5t) параметров реакции, и определяли скорость измс пения потенциала

ЬЕ (- — --) . ПО Отклонениям хотя бы одного

5 t!

1,I r(rlII . -- ((рине(lr l(l((<(ннси(() ти

< ка<(к,(((()генцH

rjf!é(TBèí св< та на растения.

11 р и м е р 1 . Дпя Определения

ТОКСИЧНОСТИ ВОД И(IIOJ(b 3OB UIH ((Or Py женное высшее водное растение Балиснерию спиральную, которое культивировалось в аквариуме на водопроводной воде с добавлением питательного раствора Кнопа до разведения 1:500. Pac— тение поместили в опытную ячейку и залили контрольной средой. В ячейку опустили хпорсеребряные электроды, заполненные 0,1 н. раствором хлористого калия: э аземляемый — в темную часть, измерительный — в Освещаемую часть. Электрический контакт растения с электродами осуществлялся через водную среду. (1пя устранения коротко— го з амыкан ия че ре э водную среду между измеряемыми участками со (д;.(нался разрыв среды при помощи вазепинового масла. Подключенное таким образом растение адаптировалось в темноте 15—

25 мин, затем включали источник освещения и получали контрольную светоиндуцированную биоэлектрическую реакцию, которая автоматически регистрировалась и записывалась на самописце в виде кривой. Такая реакция в Ваписнерии, находяц(ейся при 20-25 С и интенсивности освещения 20 Вт/м г имена следующие параметры: кривой 2 видны отклонения от контроля измеряемых параметров (амплитудHbD(и временных), что свидетельствует О наличии в исследуемой пробе воДЫ ТОКСИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ)

Пример 2. Определение ток— сичности почв.

Все подготовительные операции аналогичны примеру 1, но исследовали водную вытяжку почвы, которую готовили по стандартной методике. 50 r исследуемой почвы растерли в ступке, зал(очини пятикратным объемом воды, взболтали в течение 5 мин, взвесь

1518771

«P; l < l l I, l l l H;l; l «< l j l < H3 н ) I«Ж ЦП К о с т Ь < l т ф(иль э go I<;Isl H. Н«луч<. и ньп3 филь тратв объект ис< ледонания . Дальше опыт llpo— водили аналогично примеру I . На фиг. 2 показана контрольная (3) и H3—

5 мененная (4) после введения в среду водной почвенной вытяжки светоиндуцированные биоэлектрические реакции.

Пример 3. Для определения 10 токсичности воздуха использовали выс— шее водное растение иэ группы воздушно-водных Ианник большой. Растения культинир вали в вегетационном сосуде песчано-l.одная культура с добавлением питательного раствора Кнопа до разведения 1:500. Растение поместили в экранированную герметически закрываемую камеру вместе с вегетационным сосудом. Контакт с листом осуществ- 20 лялся через воздушный ионизационный электрод, с корнем — через хлорсеребряный электрод. Контрольные светоиндуцированные биоэлектрические реакции измеряли в нормальной воздушной 25 среде. Для определения токсичности воздуха исследуемую пробу воздуха ввели в камеру. Оценка токсичности проводилась аналогично примеру 1, (на фиг. 3, кривая 5 — контроль, кри- 30 вая 6 по тучена при наличии токсичной газообразной примеси, о чем свиде— тельствует отклонение измеряемых параметров реакции от контроля).

Используемая в предлагаемом спосо35 бе светоиндуцированная биоэлектрическая реакция является интегративным показателем нескольких биохимических и биофизических процессов (фотосинтез, фотодыхание, дыхание, перенос 40 .ионов на мембранах), а, следовательно, и более чувствительна к разным концентрациям и классам токсикантов.

Параметры светоиндуцированной биоэлектрической реакции дают возможность определить токсичность среды как по концентрации, так и по виду токсиканта.

Способ предусматривает возможность применения его как путем отбора проб в онтролируемых регионах (воды, почвы, воздуха), так и путем непосредственного контроля среды, условий в производственных помещениях (например, загазованность) и др. в автоматическом режиме.

Растения согласно предлагаемому способу могут находиться в условиях теста длительное время, что дает воз. <<<ж(3<< PTh 33;3(<л3(3д(33 h HP. только ре.l K IIIIIA

opl л!3и .3м;3 в MOME .пт возцРЙс таня TQK сиканта, но и поведение органиэма, как части биоценоэа в режиме адапта— ции к HoBhIM в том числе ток(ическим условиям. Такие данные Ilo3воляют прогнозировать состояние биоценоэа после 33оступл ения в него ток сикантов (например, при оценке oчистительной роли высших водных растений в водоемах) .

Чувствительность по некоторым ве— ществам может достигать 1.10 M в воде ипи 0,1 мг/м в воздухе. 3

Для выбора оптимальных условий освещения с целью получения светоиндуцированной биоэлектрической реакции на высших водных растениях проводились спе циальные ис следования, которые показали, что каждый вид имеет свой диапазон оптимальной интенсивности освещения — погруженные высшие -.водные растения (Валиснерия, Элодея) 360 Вт/м, воздушно-водные (Рогоз, а

Банник) — 60-200 Вт/м . В целом нормальная светоиндуцированная биоэлектрическая реакция, отвечающая услови-. ям, необходимым для определения токсичности среды, получается в очень широком диапазоне освещения — от 3 до 300 Вт/м . Нижняя величина мощности определяется чувствительностью и воспроиэводимостью измерения потенциала, а верхняя — необходимыми изменениями биохимических процессов в растениях под действием света.

Использование предлагаемого способа определения токсичности окружающей среды обеспечивает по сравнению с существующими способами расширение диапазона исследуемых токсических веществ, что позволяет более широко использовать его в народном хозяйстве, и повышение чувствительности, что уменьшает вероятность загрязнения на ранней стадии.

Формула изобретения

Способ определения токсичности окружающей среды, заключающийся в электрохимическом измерении активности растений под действием импульса света, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых веществ и повышения чувствительности, на исследуемом растении регистрируют изменение величины

1 >1H77l

Е,фюЬ

М 4нин

Составитель N.ÂèøíåBñêèé

Редактор Л.Пчолинская Техред A.Кравчук Корректор Л. Бескид

Заказ 6602/51 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035 Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Производственно -иэпательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 ра и>о< ги потецииал н лн жду р» >личными участками растения llpH ирохожде—

IIIfll светопндуцированHe>й Г>иоэлектрилеской pe ак Пии причем мощность и (>я моугольного импульса света состанляе r 3300 Вт/м