СПОСОБ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПО ПРОРАЩИВАНИЮ СЕМЯН Российский патент 2013 года по МПК G01N33/18 

Изобретение относится к инженерной экологии и может быть использовано при мониторинге качества проб воды рек и водоемов тестированием ростом корней различных видов тестовых растений, а также тестированием фильтратов из различных свалок и складов хранения твердых отходов.

Известен способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения (Пат. 2402765 Российская Федерация, МПК G01N 33/18. Способ испытания загрязнения воды по времени роста корней растения / Мазуркин П.М., Евдокимова О.Ю. (РФ); заявитель и патентообладатель Марийск. гос. тех. ун-т. - №2009133898/04; заявл. 09.09.2009; опубл. 27.10.10), в котором до основных экспериментов тестирования дополнительно проводят предварительный эксперимент по определению рационального срока проращивания семян тест-растения, при этом для каждого вида растения определяют свой срок рационального проращивания семян.

Недостатком является то, что способ учитывает только влияние времени проращивания семян в чашке Петри на рост корней растения, когда в чашке Петри растущие корни у 50 семян начинают мешать друг другу.

Известен также способ испытания загрязнения воды по росту корней растения в соответствии с методикой биотестирования по проращиванию семян (Приложение 10. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.1.7.573-96 "Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения" (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. №46), включающий равномерную укладку 30 или 50 штук семян редиса красного круглого с белым кончиком или белой горчицы (Sinapis alba) на фильтровальную бумагу в чашке Петри диаметром 10 см (Сводный доклад стран-членов СЭВ по теме 7.03.05. Будапешт, 1975, с.2-4). Причем в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой и чистой воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян, затем чашки покрывают и помещают в термостат при температуре 20°C. А при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время. Перед использованием чашки Петри стерилизуют в автоклаве при 2 атм в течение 10 мин или в кипящей воде 30 мин. Эксперимент заканчивается через 72 часа. Измеряют длину корней, исключая из ряда данных пять наименьших значений, включая и не проросшие семена. Если, по сравнению с контрольными, семена в исследуемой воде вообще не проросли или же длина корней в процентах от контроля ниже 70%, то испытуемая вода непригодна для орошения. Порог 70% обосновывается тем, что почва, благодаря сорбционной способности, снижает ингибирующее воздействие исследуемой воды. При длине корней в опыте свыше 120% от контроля предполагается, что вода обладает стимулирующими свойствами. Примечание: Тест на проращивание семян можно провести и с семенами других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении.

Недостатком является то, что способ не учитывает влияние сторон света на колебания волнового возмущения растений по длине корней, когда распределение длины корней связано с азимутом посадки семян, не учитываются региональные особенности водного объекта для тестирования семян других растений. Причем 50 проростков через 72 часа переплетаются друг с другом, не только мешая проведению измерений, но и образуя взаимную сильную внутривидовую конкуренцию при развитии и росте корней. Пи этом непроросшие семена никак не учитываются в измерениях по прототипу.

Технический результат - повышение точности тестирования проб воды семенами растений за счет достижения оптимальных условий роста корней у каждого растения, учета в измерениях непроросших семян тестируемого растения, а также снижение трудоемкости при проведении измерений за счет сокращения количества семян от 50 до 12, то есть более чем в четыре раза, и оптимизации числа повторов чашки Петри для основных экспериментов по каждому водному объекту за счет проведения предварительных опытов.

Этот технический результат достигается тем, что способ биотестирования по проращиванию семян, включающий равномерную укладку 30 или 50 семян редиса красного круглого с белым кончиком на фильтровальную бумагу в чашке Петри, в которую наливают по 5 мл исследуемой или чистой пробы воды, при этом уровень жидкости в чашке должен быть ниже поверхности семян, затем чашку покрывают крышкой, после 72 часов проращивания измеряют длину корня каждого проростка, причем измерения проводят у проростков, исключая из ряда данных пять наименьших значений, причем тест на проращивание семян можно провести и с семенами других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении, отличающийся тем, что фильтровальная бумага принимается круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю, на нее укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги, далее размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу, причем аналогично поступают с другими чашками Петри в повторах эксперимента, затем на каждой чашке Петри по размеченным местам посадки на фильтровальную бумагу без шаблона укладываются семена, наливают исследуемую воду, после проращивания семян до измерения длины корня у каждого проростка измеряют угол его направления как показатель азимута корня, причем у непроросших семян азимут корня принимают за отсутствие количественного значения и в журнале измерений ставят прочерк, в дальнейшем у всех проростков измеряют длину корня, причем эту длину корня измеряют у всех семян, включая и непроросшие, у которых значение длины корня принимают равным нулю, после завершения испытания исследуемой воды и проведения измерений длины и азимута корней выявляют статистическим моделированием общую биотехническую закономерность распределения длины корней от азимута посадки семян по каждой чашке Петри и их совокупности, а впоследствии проводят расчеты коэффициента корреляции по всем пробам исследуемой воды и по их совокупности, затем сравнивают их с пробой контрольной воды, а для тестирования семян других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении, вначале проводят региональные для каждого водного объекта предварительный и основные эксперименты.

Выявление методом идентификации биотехнической закономерности изменения длины корня каждого проростка растения в зависимости от азимута посадки проростков за 72 часа проращивания семян выполняют по обобщенной формуле:

L=L₁+L₂,

L₁=L₀, L₂=Acos(πφ/p±a ₇),

$$A=a_{1}exp(-a_2{\varphi }^{a_3})$$ , $$p=a_4\pm a_5{\varphi }^{a_6}$$ ,

где L - длина корня каждого проростка растения в чашке Петри, мм;

L₁ - первая составляющая, учитывающая влияние загрязнения в чистом виде, мм;

L₀ - теоретическое независимое значение длины корня от азимута посадки семени, показывает, что данное значение имеет зависимость от других факторов, мм;

L₂ - вторая составляющая колебательного возмущения растения по

длине корня каждого проростка в чашке Петри за 72 часа, характеризующая влияние стороны света, мм;

А - половина амплитуды колебательного возмущения корней проростков, мм;

p - половина периода колебательного изменения по азимуту посадки семени, град.;

φ - азимут посадки семени, град.;

а ₁…а ₇ - параметры готовой статистической модели, параметры модели принимают конкретные значения для конкретных условий проращивания семян с испытуемой водой для полива.

Остальные закономерности остаются еще недостаточно ясными по содержательной интерпретации.

Сущность технического решения заключается в том, что фильтровальная бумага принимается круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю, на нее укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги, при этом метки мест посадки семян наносят карандашом в виде точек, после нанесения разметки шаблон убирают, размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу.

Сущность технического решения заключается в том, что шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян изготавливают в виде окружности по диаметру чашки Петри, причем отверстия для разметки мест посадки семян располагают по часовой стрелке через 30 градусов, при этом расстояние между отверстиями и центром шаблона составляет примерно 30 мм.

Сущность технического решения заключается в том, что у всех проростков измеряют длину корня, причем эту длину корня измеряют у всех семян, включая и непроросшие, у которых значение длины корня принимают равным нулю, причем измерение длины проростков проводят последовательно, начиная с первого проростка по ходу часовой стрелки от 30 до 360 градусов.

Сущность технического решения заключается также в том, что в предварительном эксперименте, при сравнении с контрольной пробой чистой воды семена в исследуемой загрязненной воде вообще не проросли, или же длина корней в процентах от контроля ниже 70, то вода не пригодна для орошения, причем по прототипу порог 70% обосновывается тем, что почва, благодаря сорбционной способности, снижает ингибирующее воздействие исследуемой воды, а при длине корней в опыте свыше 120% от контроля предполагается, что вода обладает стимулирующими свойствами, то для обоснования количества повторов чашек Петри в основных экспериментах выполняют корреляционный анализ проростков в каждой чашке Петри и по их совокупности из предварительного эксперимента, вычисляя статистический коэффициент корреляции.

Сущность технического решения заключается также и в том, что для речной воды водозабора города Йошкар-Ола основные эксперименты по проращиванию семян редиса красного круглого с белым кончиком включает равномерную укладку семян в чашку Петри в количестве 12 штук в месте через 30 градусов азимута посадки при четырех повторах чашек Петри.

Положительный эффект достигается тем, что определяются условия для наиболее благоприятного роста корней тестового растения с целью повышения точности испытания загрязнения воды, в особенности той природной и иной загрязненной воды различного качества, которую планируется использовать для орошения растений сельскохозяйственных культур.

Новизна технического решения заключается в том, что эксперимент по проращиванию семян выполняют по изменению длины корня тест-растения в зависимости от азимута посадки семени и азимута корня каждого проростка.

Предлагаемое техническое решение обладает существенными признаками, новизной и значительным положительным эффектом. Материалов, порочащих новизну технического решения, нами не обнаружено.

На фиг.1 показана схема размещения 12 семян редиса красного круглого с белым кончиком в чашке Петри через 30 градусов (номерами обозначены места посадки семян); на фиг.2 приведен угол определения азимута посадки φ и азимута корня проростков φ_к; на фиг.3 представлено изображение при определении азимута корня проростков φ_к; на фиг.4 приведен график первой составляющей распределения длины корня 12 семян редиса красного круглого с белым кончиком от азимута посадки при росте в течение 72 часов в первой чашке Петри; на фиг.5 показан график второй составляющей колебательного возмущения растения по длине корня каждого проростка в чашке Петри в зависимости от азимута посадки семени; на фиг.6 приведен общий график по двухчленной математической модели в первой чашке Петри; 7 - то же на фиг.6 во второй чашке Петри; на фиг.8 - то же на фиг.6 в третьей чашке Петри; на фиг.9 - то же на фиг.6 в четвертой чашке Петри; на фиг.10 - то же на фиг.6 в пятой чашке Петри; на фиг.11 - то же на фиг.6 в шестой чашке Петри; на фиг.12 - то же на фиг.6 в седьмой чашке Петри.

Способ биотестирования по проращиванию семян в общем случае включает следующие действия.

Проводится отбор пробы воды, проводится ее консервация и подготовка для каждого испытания.

В лабораторных условиях проводится испытание по проращиванию семян. Для этого фильтровальная бумага принимается круглой формы по диаметру чашки Петри 10 см с меткой на краю, на нее укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги, при этом метки мест посадки семян наносят карандашом в виде точек.

Шаблон изготавливается в виде окружности по диаметру чашки Петри, причем отверстия для разметки мест посадки семян располагают по часовой стрелке через 30 градусов, при этом расстояние между отверстиями и центром шаблона составляет примерно 30 мм.

После нанесения разметки шаблон убирают, а размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу. Аналогично поступают с другими чашками Петри по всем повторам эксперимента. Причем перед использованием чашки Петри стерилизуют в автоклаве при 2 атм в течение 10 мин или в кипящей воде 30 мин.

Затем в каждой чашке Петри по размеченным местам посадки на фильтровальную бумагу укладываются семена тест-растения. После чего в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой пробы воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян. Далее чашку покрывают крышкой и помещают в термостат при температуре 20°C, а при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время.

После 72 часов проращивания семян до измерения длины корня у каждого проростка измеряют угол его направления как показатель азимута корня, причем у непроросших семян азимут корня принимают за отсутствие количественного значения и в журнале измерений ставят прочерк.

В дальнейшем у всех проростков измеряют длину корня, причем эту длину корня измеряют у всех семян, включая и не проросшие, у которых значение длины корня принимают равным нулю, причем измерение длины проростков проводят последовательно, начиная с первого проростка по ходу часовой стрелки от 30 до 360 градусов.

После завершения испытания исследуемой воды и проведения измерений длины и азимута корней выявляют статистическим моделированием общую биотехническую закономерность распределения длины корней от азимута посадки семян по каждой чашке Петри и их совокупности.

Выявление методом идентификации биотехнической закономерности изменения длины корня каждого проростка растения в зависимости от азимута посадки проростков за 72 часа проращивания семян выполняют по обобщенной формуле:

L=L₁+L₂,

L₁=L₀, L₂=Acos(πφ/p±a₇),

$$A=a_{1}exp(-a_2{\varphi }^{a_3})$$ , $$p=a_4\pm a_5{\varphi }^{a_6}$$ ,

где L - длина корня каждого проростка растения в чашке Петри, мм;

L₁ - первая составляющая, учитывающая влияние загрязнения в чистом виде, мм;

L₀ - теоретическое независимое значение длины корня от азимута посадки семени, показывает, что данное значение имеет зависимость от других факторов, мм;

L₂ - вторая составляющая колебательного возмущения растения по длине корня каждого проростка в чашке Петри за 72 часа, характеризующая влияние стороны света, мм;

A - половина амплитуды колебательного возмущения корней проростков, мм;

p - половина периода колебательного изменения по азимуту посадки семени, град.;

φ - азимут посадки семени, град.;

a ₁…a ₇ - параметры готовой статистической модели, параметры модели принимают конкретные значения для конкретных условий проращивания семян с испытуемой водой для полива.

После выявления биотехнической закономерности изменения длины корня растения в зависимости от азимута посадки определяют значимости каждой составляющей статистической модели.

По коэффициенту приспособляемости, равному отношению волновой второй составляющей к первой составляющей модели, при значении этого коэффициента меньше единицы принимают оценку, что приспособляемость растений к поливаемой воде сомнительна, а при условии превышения единицы - достаточно надежна.

Затем проводят расчеты коэффициента корреляции по всем пробам исследуемой воды и по их совокупности, и сравнивают их с пробой контрольной воды, а для тестирования семян других растений и, в первую очередь, растений, которые планируется выращивать при орошении, вначале проводят региональные для каждого водного объекта предварительный и основные эксперименты.

В предварительном эксперименте, при сравнении с контрольной пробой чистой воды семена в исследуемой загрязненной воде вообще не проросли или же длина корней в процентах от контроля ниже 70, то вода непригодна для орошения, причем по прототипу порог 70% обосновывается тем, что почва, благодаря сорбционной способности, снижает ингибирующее воздействие исследуемой воды, а при длине корней в опыте свыше 120% от контроля предполагается, что вода обладает стимулирующими свойствами, то для обоснования количества повторов чашек Петри в основных экспериментах выполняют корреляционный анализ проростков в каждой чашке Петри и по их совокупности из предварительного эксперимента, вычисляя статистический коэффициент корреляции.

Способ биотестирования по проращиванию семян, например, редиса красного круглого с белым кончиком при тестировании проб речной воды, включает следующие действия.

Проводится отбор пробы речной воды, затем ее консервация и подготовка для каждого испытания.

В лабораторных условиях проводится испытание по проращиванию семян редиса красного круглого с белым кончиком.

Для этого фильтровальная бумага принимается круглой формы по диаметру чашки Петри 10 см с меткой на краю, на нее укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги, при этом метки мест посадки семян наносят карандашом в виде точек.

Шаблон изготавливается в виде окружности по диаметру чашки Петри, причем отверстия для разметки мест посадки семян располагают по часовой стрелке через 30 градусов, при этом расстояние между отверстиями и центром шаблона составляет примерно 30 мм.

После нанесения разметки шаблон убирают, а размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу. Аналогично поступают с другими чашками Петри в 4 повторах эксперимента. Причем перед использованием чашки Петри стерилизуют в автоклаве при 2 атм в течение 10 мин или в кипящей воде 30 мин.

Затем в каждой чашке Петри по размеченным местам посадки на фильтровальную бумагу укладываются 12 семян редиса красного круглого с белым кончиком. После чего в каждую чашку Петри наливают по 5 мл исследуемой пробы воды при 4-8-кратной повторности, при этом уровень жидкости в чашках должен быть ниже поверхности семян. Далее чашку покрывают крышкой и помещают в термостат при температуре 20°C, а при отсутствии термостата эксперимент возможен в комнатных условиях, но тогда из-за колебаний температуры затрудняется сопоставление результатов, проводимых в различное время.

После 72 часов проращивания семян редиса красного круглого с белым кончиком до измерения длины корня у каждого проростка измеряют угол его направления как показатель азимута корня, причем у непроросших семян азимут корня принимают за отсутствие количественного значения и в журнале измерений ставят прочерк.

В дальнейшем у всех проростков измеряют длину корня, причем эту длину корня измеряют у всех семян, включая и непроросшие, у которых значение длины корня принимают равным нулю, причем измерение длины проростков проводят последовательно, начиная с первого проростка по ходу часовой стрелки от 30 до 360 градусов.

После завершения испытания исследуемой воды и проведения измерений длины и азимута корней выявляют статистическим моделированием общую биотехническую закономерность распределения длины корней от азимута посадки семян по каждой чашке Петри и их совокупности.

Выявление методом идентификации биотехнической закономерности изменения длины корня каждого проростка растения в зависимости от азимута посадки проростков за 72 часа проращивания семян выполняют по обобщенной формуле:

L=L₁+L₂,

L₁=L₀, L₂=Acos(πφ/p±a₇),

$$A=a_{1}exp(-a_2{\varphi }^{a_3})$$ , $$p=a_4\pm a_5{\varphi }^{a_6}$$ ,

где L - длина корня каждого проростка растения в чашке Петри, мм;

L₁ - первая составляющая, учитывающая влияние загрязнения в чистом виде, мм;

L₀ - теоретическое независимое значение длины корня от азимута посадки семени, показывает, что данное значение имеет зависимость от других факторов, мм;

L₂ - вторая составляющая колебательного возмущения растения по длине корня каждого проростка в чашке Петри за 72 часа, характеризующая влияние стороны света, мм;

А - половина амплитуды колебательного возмущения корней проростков, мм;

p - половина периода колебательного изменения по азимуту посадки семени, град.;

φ - азимут посадки семени, град.;

а ₁…а ₇ - параметры готовой статистической модели, параметры модели принимают конкретные значения для конкретных условий проращивания семян с испытуемой водой для полива.

После выявления биотехнической закономерности изменения длины корня растения в зависимости от азимута посадки определяют значимости каждой составляющей статистической модели.

По коэффициенту приспособляемости, равному отношению волновой второй составляющей к первой составляющей модели, при значении этого коэффициента меньше единицы принимают оценку, что приспособляемость растений к поливаемой воде сомнительна, а при условии превышения единицы - достаточно надежна.

Затем проводят расчеты коэффициента корреляции по всем пробам исследуемой воды и по их совокупности и сравнивают их с пробой контрольной воды, но при этом вначале проводят региональные для каждого водного объекта предварительный и основные эксперименты.

В предварительном эксперименте, при сравнении с контрольной пробой чистой воды семена в исследуемой загрязненной воде вообще не проросли или же длина корней в процентах от контроля ниже 70, то вода не пригодна для орошения, причем по прототипу порог 70% обосновывается тем, что почва, благодаря сорбционной способности, снижает ингибирующее воздействие исследуемой воды, а при длине корней в опыте свыше 120% от контроля предполагается, что вода обладает стимулирующими свойствами, то для обоснования количества повторов чашек Петри в основных экспериментах выполняют корреляционный анализ проростков в каждой чашке Петри и по их совокупности из предварительного эксперимента, вычисляя статистический коэффициент корреляции.

Пример. Эксперименты были проведены в феврале 2009 - ноябре 2010 года. Пробу воды отбирали из поверхностного водоисточника перед городским водозабором - река М. Кокшага.

В таблице 1 приведены данные проращивания в комнатных условиях (семена были посажены в 18 часов 3 февраля 2010 г.) независимых выборок из 12 семян редиса красного круглого с белым кончиком в семи повторах чашек Петри.

Таблица 1 Длина корней редиса красного круглого в семи чашках Петри, мм Азимут посадки φ, град. №1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 L, мм φ_к, град. L, мм φ_к, град. L, мм φ_к, град. L, мм φ_к, град. L, мм φ_к град. L, мм φ_к, град. L, мм φ_к, град. 30 43 315 5 225 5 135 26 180 11 270 15 315 15 225 60 15 45 18 180 36 135 37 45 41 315 19 225 36 270 90 21 225 8 0 5 315 40 135 25 180 6 45 13 45 120 37 315 25 270 26 315 35 45 18 270 24 90 13 45 150 25 315 9 270 0 - 0 - 20 135 38 225 18 315 180 14 225 21 90 44 225 0 - 35 180 29 315 26 225 210 32 315 0 - 17 225 36 45 23 135 27 45 4 315 240 26 315 15 0 0 - 13 225 21 135 41 135 33 135 270 24 315 29 135 22 315 0 - 17 45 24 135 3 225 300 27 315 38 225 19 315 22 135 5 0 0 - 27 315 330 20 45 3 225 0 - 21 135 0 - 19 135 33 45 0 43 45 53 225 22 45 0 - 0 - 11 0 17 315

При проведении эксперимента на фильтровальную бумагу круглой формы с меткой на краю укладывался шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян (фиг.1), которую затем помещали в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу. Аналогично поступали по всем повторам чашек Петри, после проводили укладку семян через каждые 30 градусов азимута посадки φ.

После 72 часов проращивания семян до измерения длины корня у каждого проростка измеряли угол его направления как показатель азимута корня, причем у непроросших семян азимут корня принимают за отсутствие количественного значения и в журнале измерений ставили прочерк.

Далее у всех проростков проводили измерение длины корня, причем эту длину корня измеряли у всех семян, включая и непроросшие, у которых значение длины корня принимают равным нулю.

При поливе семян речной водой в одной чашке Петри (график показан фиг.6) была получена двухчленная биотехническая закономерность

$$\text{L}={\text{L}}_{\text{1}}+{\text{L}}_{\text{2}}(1)$$

L₁=25,51866,

L₂=35,83023exp(-0,096491φ^0,51390)cos(πφ/(55,91559-0,00050888φ^1,73960)-1,05930).

Первая составляющая показывает стабильное распределение длины корней растений, то есть характеризуется устойчивым законом (фиг.4). Наиболее значимой является вторая составляющая (фиг.5), которая характеризует колебательное возмущение популяции семян редиса красного от азимута посадки семян.

Максимум волнового возмущения проростков редиса красного круглого 17,54 мм наблюдался при азимуте посадки семени равном 0 градусов.

По остальным повторам графики распределения длины корня редиса красного круглого от азимута посадки представлены на фигурах 7-12.

Результаты расчетов по формуле (1) приведены в таблице 2.

Таблица 2 Изменение длины корня по статистической (математической) модели (1), мм Азимут посадки φ, град. Фактическое значение длины корня Расчетные значения длины корня, мм Составляющие модели (1) L ε Δ, % L₁ А Р L₂ 30 43 42,13 0,87 2,02 25,52 20,59 55,73 16,61 60 15 14,10 0,90 6,00 25,52 16,24 55,28 -11,42 90 21 17,92 3,08 14,67 25,52 13,52 54,64 -7,60 120 37 36,45 0,55 1,49 25,52 11,58 53,81 10,93 150 25 25,42 -0,42 -1,68 25,52 10,09 52,81 -0,10 180 14 17,55 -3,55 -25,36 25,52 8,91 51,65 -7,97 210 32 32,41 -0,41 -1,28 25,52 7,95 50,34 6,90 240 26 23,90 2,10 8,08 25,52 7,14 48,88 -1,62 270 24 23,02 0,98 4,08 25,52 6,46 47,28 -2,50 300 27 29,67 -2,67 -9,89 25,52 5,87 45,54 4,15 330 20 21,38 -1,38 -6,90 25,52 5,36 43,67 -4,14 0 43 43,06 -0,06 -0,14 25,52 35,83 55,92 17,54 Примечание. Максимальная относительная погрешность подчеркнута.

Максимум длины корня проростков редиса красного круглого с белым кончиком наблюдается при азимуте посадке равном 0 и 30 градусов, минимум приходится на 180 градусов.

Амплитуда колебания для наилучшей особи растения всегда равна нулю, то есть самая сильная особь не волнуется. Большой размах амплитуды, что видно из таблицы 2, показывает расширение изменчивости параметров растения по отдельным особям, так как речная вода расширяет адаптационные возможности изменчивости в росте корней редиса красного. При этом амплитуда принимает высокие значения, когда семена тест-растения расположены в восточной части чашки Петри, здесь семена испытывают сильное волнение. При 180° азимута посадки амплитуда уменьшается, достигает минимума при 330 градусах, при этом семена испытывают меньшее волнение.

Причем наименьшее значение половина амплитуды принимает при 330 градусах, здесь растение практически не волнуется, наибольшие колебания испытывает на северном меридиане, где значение амплитуды равно 35,83.

Чем больше период колебания, то тем легче происходит адаптация популяции к внешним условиям из-за того, что частота колебательного возмущения убывает. Из таблицы 2 видно, что частота колебательного возмущения возрастает от северного конца меридиана от 0 до 360 градусов.

Максимальная относительная погрешность в таблице 2 подчеркнута и составляет 14,67%. Поэтому доверительная вероятность формулы (1) будет не ниже 74,64%. Формула выше 70% адекватности принимается имеющей сильную связь между сопоставляемыми факторами. Поэтому формула (1) может быть применена при параметрической идентификации по данным измерений и по другим растениям.

Коэффициент корреляции 0,9814 высок (фиг.6), что убеждает в высокой адекватности полученной статистической модели.

Поэтому для описания распределения длины корней растения от азимута посадки семени предлагается обобщенная формула

$$\begin{array}{l}L=L_1+L_2,\\ L_1=L_0,L_2=Acos(\pi \varphi /p\pm a_7),A=a_{1}exp(-a_2{\varphi }^{a3}),p=a_4\pm a_5{\varphi }^{a6},(2)\end{array}$$

где L - длина корня каждого проростка растения в чашке Петри, мм;

L₁ - первая составляющая, учитывающая влияние загрязнения в чистом виде, мм;

L₀ - теоретическое независимое значение длины корня от азимута посадки семени, показывает, что данное значение имеет зависимость от других факторов, мм;

L₂ - вторая составляющая колебательного возмущения растения по длине корня каждого проростка в чашке Петри за 72 часа, характеризующая влияние стороны света, мм;

А - половина амплитуды колебательного возмущения корней проростков, мм;

p - половина периода колебательного изменения по азимуту посадки семени, град.;

φ - азимут посадки семени, град.;

a ₁…a ₇ - параметры готовой статистической модели, параметры модели принимают конкретные значения для конкретных условий проращивания семян с испытуемой водой для полива.

Сравнение результатов нескольких испытаний проводят по нескольким критериям, количественно получаемым из опытов и последующего статистического моделирования.

По данным таблицы 3 проанализируем предельные значения отдельных составляющих и компонентов полученной формулы (2) по результатам эксперимента, проведенного в феврале 2010 года в 7 чашках Петри.

Таблица 3 Значимость и приспособляемость проростков в речной воде Номер повтора Азимут посадки φ, град. Составляющие модели (2), мм L, мм Коэффициент значимости Коэффициент приспособляемости k L₂ L₁ α₁ α₂ 1 30 25,52 16,61 43 0,59 0,39 0,6509 60 25,52 -11,42 15 1,70 -0,76 -0,4475 90 25,52 -7,60 21 1,22 -0,36 -0,2978 120 25,52 10,93 37 0,69 0,30 0,4283 150 25,52 -0,10 25 1,02 -0,00 -0,0039 180 25,52 -7,97 14 1,82 -0,57 -0,3123 210 25,52 6,90 32 0,80 0,22 0,2704 240 25,52 -1,62 26 0,98 -0,06 -0,0635 270 25,52 -2,50 24 1,06 -0,10 -0,0980 300 25,52 4,15 27 0,95 0,15 0,1626 330 25,52 -4,14 20 1,28 -0,21 -0,1622 0 25,52 17,54 43 0,59 0,41 0,6873 2 30 18,22 -1,33 5 3,64 -0,27 -0,0730 60 18,22 -14,64 18 1,01 -0,81 -0,8035 90 18,22 -7,33 8 2,28 -0,92 -0,4023 120 18,22 9,93 25 0,73 0,40 0,5450 150 18,22 12,70 9 2,02 1,41 0,6970 180 18,22 -2,68 21 0,87 -0,13 -0,1471 210 18,22 -13,71 0 - - -0,7525 240 18,22 -4,24 15 1,21 -0,28 -0,2327 270 18,22 11,32 29 0,63 0,39 0,6213 300 18,22 9,02 38 0,48 0,24 0,4951 330 18,22 -7,42 3 6,07 -2,47 -0,4072 0 18,22 14,32 53 0,34 0,27 0,7859 3 30 16,93 -2,01 5 3,39 -0,40 -0,1187 60 16,93 -3,34 36 0,47 -0,09 -0,1973 90 16,93 -2,84 5 3,39 -0,57 -0,1677 120 16,93 -0,77 26 0,65 -0,03 -0,0455 150 16,93 1,72 0 - - 0,1016 180 16,93 3,26 44 0,38 0,07 0,1926 210 16,93 3,01 17 1,00 0,18 0,1778 240 16,93 1,10 0 - - 0,0650 270 16,93 -1,41 22 0,77 -0,06 -0,0833 300 16,93 -3,15 19 0,89 -0,17 -0,1861   330 16,93 -3,15 0 - - -0,1861 0 16,93 0,43 22 0,77 0,02 0,0254 4 30 18,12 2,57 26 0,70 0,10 0,1418 60 18,12 20,67 37 0,49 0,56 1,1407 90 18,12 24,19 40 0,45 0,60 1,3350 120 18,12 7,02 35 0,52 0,20 0,3874 150 18,12 -18,22 0 - - -1,0055 180 18,12 -18,38 0 - - -1,0143 210 18,12 15,60 36 0,50 0,43 0,8609 240 18,12 6,22 13 1,39 0,48 0,3433 270 18,12 -13,07 0 - - -0,7213 300 18,12 -2,15 22 0,82 -0,10 -0,1187 330 18,12 5,51 21 0,86 0,26 0,3041 0 18,12 -17,36 0 - - -0,9581 5 30 19,28 -3,79 11 1,75 -0,34 -0,1966 60 19,28 12,51 41 0,47 0,31 0,6489 90 19,28 6,42 25 0,77 0,26 0,3330 120 19,28 -5,40 18 1,07 -0,30 -0,2801 150 19,28 -5,65 20 0,96 -0,28 -0,2930 180 19,28 1,38 35 0,55 0,04 0,0716 210 19,28 3,85 23 0,84 0,17 0,1997 240 19,28 0,45 21 0,92 0,02 0,0233 270 19,28 -2,17 17 1,13 -0,13 -0,1126 300 19,28 -0,99 5 3,86 -0,20 -0,0513 330 19,28 0,98 0 - - 0,0508 0 19,28 -22,90 0 - - -1,1878 6 30 15,23 -2,11 15 1,02 -0,14 -0,1385 60 15,23 0,37 19 0,80 0,02 0,0243 90 15,23 3,40 6 2,54 0,57 0,2232 120 15,23 7,04 24 0,63 0,29 0,4622 150 15,23 11,29 38 0,40 0,30 0,7413 180 15,23 15,87 29 0,53 0,55 1,0420 210 15,23 19,80 27 0,56 0,73 1,3001 240 15,23 20,17 41 0,37 0,49 1,3244 270 15,23 10,21 24 0,63 0,43 0,6704 300 15,23 -15,40 0 - - -1,0112 330 15.23 3,78 19 0,80 0,20 0,2482 0 15,23 -4,15 11 1,38 -0,38 -0,2725 7 30 19,19 -0,91 15 1,28 -0,06 -0,0474 60 19,19 5,04 36 0,53 0,14 0,2626 90 19,19 0,79 13 1,48 0,06 0,0412 120 19,19 -8,00 13 1,48 -0,62 -0,4169 150 19,19 6,14 18 1,07 0,34 0,3200 180 19,19 4,14 26 0,74 0,16 0,2157 210 19,19 -14,69 4 4,80 -3,67 -0,7655 240 19,19 18,59 33 0,58 0,56 0,9687 270 19,19 -14,06 3 6,40 -4,69 -0,7327 300 19,19 3,20 27 0,71 0,12 0,1668 330 19,19 10,84 33 0,58 0,33 0,5649 0 19,19 -3,32 17 1,13 -0,20 -0,1730

Приспособляемость популяции семян редиса красного (табл.3) к внешним воздействиям показывается коэффициентом k. При этом приспособляемость может быть кризисно-негативной или кризисно-позитивной. При условии k>1 будем считать приспособляемость растений к поливаемой воде сомнительной, а при условии k<1 достаточно надежной.

Из данных табл.3 видно, что наибольшую приспособляемость 1,3350 в направлении позитивной адаптации семена редиса красного круглого имеют при азимуте посадки 90 градусов. Коэффициент приспособляемости, вычисляемый по формуле k=L_max2/L_max1, равен при таком расположении семени 1,3350. Наименьшее позитивное влияние 0,0039 наблюдается при 150°.

Максимальный кризис для проростков наблюдается при 0 градусов с негативным приспособлением к условиям роста с коэффициентом приспособляемости k=-1,1878, то есть когда семена редиса красного круглого располагались в северной части чашки Петри. Однако он меньше позитивного максимума 1,3350.

Для обоснования количества повторов чашек Петри в основных экспериментах выполним корреляционный анализ проростков в каждой чашке Петри по известным стандартным методикам.

В таблице 4 представлено количество взошедших семян по результатам эксперимента по проращиванию семян редиса красного круглого с белым кончиком по четырем месяцам.

Таблица 4 Количество проросших семян от азимута их посадки по четырем месяцам № Азимут посадки φ, град. Число проросших семян 02.12.09 05.04.10 10.08.10 13.10.10 1 30 7 7 7 7 2 60 5 7 4 7 3 90 7 5 6 6 4 120 5 6 5 6 5 150 7 7 5 7 6 180 6 7 5 7 7 210 6 6 4 7 8 240 6 6 6 6 9 270 6 7 2 6 10 300 7 5 4 7 11 330 6 7 6 6 12 0 6 7 6 7

Проведем расчет показателей описательной статистики для последующего обоснования необходимого объема выборки.

Результаты статистической обработки представлены в таблице 5.

Коэффициент вариации V_σ составил меньше 33%, то есть все совокупности однородны, колебания длины корня редиса красного круглого незначительны.

По полученным результатам Е<0, то есть данные более равномерно распределены по всей области значений от x_max до x_min.

При этом распределение плосковершинное.

Для августа Е>0, данные сконцентрированы около среднеарифметического значения. Так как As<0, то наблюдается асимметрия левосторонняя.

Сущность способа вычисления необходимого числа наблюдений заключается в том, что совокупности значений факторов принимаются в качестве статистических выборок. Для любого количества факторов справедливо соотношение

n=m·m',

где n - общее количество семян в чашке Петри по всем повторам проводимого эксперимента,

m - количество взошедших семян во всех повторах чашек Петри,

m' - число повторов чашек Петри.

Таблица 5 Описательная статистика по количеству взошедших семян редиса красного круглого по месяцам Статистические показатели Значения описательной статистики по месяцам 02.12.09 05.04.10 10.08.10 13.10.10 Размах R, мм 2,00 2,00 5,00 1,00 Минимум x_min, мм 5,00 5,00 2,00 6,00 Максимум х_мах, мм 7,00 7,00 7,00 7,00 Среднее арифметическое $$\overline{x}$$ , мм 6,17 6,42 5,00 6,58 Средняя ошибка выборки, мм 0,21 0,23 0,39 0,15 Среднее квадратическое отклонение σ, мм 0,72 0,79 1,35 0,51 Дисперсия выборки σ² 0,52 0,63 1,82 0,27 Коэффициент вариации V_σ, % 11,64 12,36 29,97 7,82 Эксцесс Е -0,69 -0,46 0,92 -2,26 Асимметричность As -0,26 -0,99 -0,80 -0,39 Предельная ошибка выборки при P=0,954 Δ_x 0,46 0,50 0,86 0,33

Для вычисления интервала Δx применим формулу Г.А. Стреджеса

$$\Delta x=\frac{x_{max}-x_{min}}{1+3.3221gn},(3)$$

где x_max, x_min - максимальное и минимальное количество взошедших семян.

Выражение в знаменателе (3) характеризует число групп наблюдений m. Для вычисления числа наблюдений используем формулу

$$n\ge l\cdot [m\text{'}],(4)$$

где [m'] - число повторений чашек Петри в проведенном нами эксперименте. Например, текущее число наблюдений n_m составило 84. Тогда число групп наблюдений l=7. Нами проведен эксперимент при семи повторах, поэтому [m'] примем равным семи. Тогда получаем n≥7×7=49. Так как n_m>n, то исходных данных достаточно, условие п≥l·[m'] выполнено для данного фактора. Пусть n_m=48, следовательно l=7. Количество повторов примем равным четырем. Так как n_m=7×4=28, то условие n≥l·[m'] выполняется.

Отсюда следует, что основные эксперименты по биотестированию речной воды водозабора города Йошкар-Ола достаточно проводить при проращивании семян редиса красного круглого с белым кончиком в количестве 12 штук при четырех повторах в чашках Петри.

Таким образом, способ биотестирования по проращиванию семян для речной воды водозабора города Йошкар-Ола основные эксперименты по проращиванию семян редиса красного круглого с белым кончиком включают равномерную укладку семян в чашку Петри в количестве 12 штук в месте через 30 градусов азимута посадки при четырех повторах чашек Петри.

Предложенный способ с высокой точностью описывает влияние азимута на распределение длины корня проростка при определении загрязнения речной воды. Он обладает простотой проведения испытаний речной воды, а также фильтрационных вод, что значительно повышает точность соотнесения измерений загрязнения в реках и водоемах с результатами тестирования качества воды растениями. Поэтому предлагаемый способ позволяет на некоторое время отказаться от дорогостоящих методов анализа проб воды и заменить их предлагаемым способам комплексной оценки качества воды.

Применение предложенного способа расширяет возможности территориального экологического мониторинга загрязнения простыми средствами у тех водотоков речной сети, на которых расположены населенные пункты и земельные участки сельскохозяйственного назначения, свалки и склады хранения твердых отходов.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для укладки семян в чашку Петри при биотестировании речной воды. Для этого проводят равномерную укладку семян редиса красного круглого с белым кончиком на фильтровальную бумагу в чашке Петри. В чашку наливают по 5 мл исследуемой пробы воды, при этом уровень жидкости в чашке должен быть ниже поверхности семян. При этом фильтровальная бумага принимается круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю, на нее укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги. Далее размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу, затем на чашке Петри по размеченным местам посадки на фильтровальную бумагу укладываются семена. Наливают исследуемую воду, после проращивания семян до взятия проростков с чашки Петри для измерения длины корня у каждого проростка измеряют по компасу угол направления его корня как показатель азимута корня. У непроросших семян азимут корня принимают за отсутствие количественного значения и в журнале измерений ставят прочерк. В дальнейшем у всех проростков в чашке Петри измеряют длину корня, причем эту длину у непроросших семян принимают равной нулю. 3 з.п. ф-лы, 12 ил., 5 табл., 1 пр.

1. Способ укладки семян в чашку Петри при биотестировании речной воды, включающий равномерную укладку семян редиса красного круглого с белым кончиком на фильтровальную бумагу в чашке Петри, в которую наливают по 5 мл исследуемой пробы воды, при этом уровень жидкости в чашке должен быть ниже поверхности семян, отличающийся тем, что фильтровальная бумага принимается круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю, на нее укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги, далее размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу, затем на чашке Петри по размеченным местам посадки на фильтровальную бумагу укладываются семена, наливают исследуемую воду, после проращивания семян до взятия проростков с чашки Петри для измерения длины корня у каждого проростка измеряют по компасу угол направления его корня как показатель азимута корня, причем у не проросших семян азимут корня принимают за отсутствие количественного значения и в журнале измерений ставят прочерк, в дальнейшем у всех проростков в чашке Петри измеряют длину корня, причем эту длину у не проросших семян принимают равным нулю.

2. Способ укладки семян в чашку Петри при биотестировании речной воды по п.1, отличающийся тем, что на фильтровальную бумагу круглой формы по диаметру чашки Петри с меткой на краю укладывается шаблон с отверстиями для разметки мест посадки семян, причем одно из отверстий ориентируется относительно метки фильтровальной бумаги, при этом метки мест посадки семян наносят карандашом в виде точек, после нанесения разметки шаблон убирают, размеченную фильтровальную бумагу помещают в чашку Петри с ориентацией ее метки в северном направлении по компасу.

3. Способ укладки семян в чашку Петри при биотестировании речной воды по п.1, отличающийся тем, что шаблон для посадки семян изготавливают в виде окружности по диаметру чашки Петри, например, из прозрачного тонкого листа пластика, причем отверстия для разметки мест посадки семян располагают по часовой стрелке через 30° с написанием цифр около отверстий, при этом для чашек Петри диаметром 100 мм расстояние между центрами отверстий и центром шаблона принимают равным примерно 30 мм, а диаметры отверстий принимают большими по сравнению с диаметрами семян редиса красного круглого с белым кончиком.

4. Способ укладки семян в чашку Петри при биотестировании речной воды по п.1, отличающийся тем, что у всех проростков измеряют длину корня, причем эту длину корня измеряют у всех семян, включая и не проросшие, у которых значение длины корня принимают равным нулю, причем измерение длины проростков проводят последовательно по часовой стрелке, начиная с первого проростка по часовой стрелке от 30 до 360°.