Способ оценки уровня допустимых воздействий повреждающего фактора на фотосинтетические организмы Советский патент 1989 года по МПК A01G7/00 

S

(Л

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для контроля состояния источников водоснабжения, выявления очагов загрязнения внутренних водоемов, морей и океанов. Целью изобретения является повышение точности и достоверности оценки путем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта. Определяют две независимые характеристики процесса электронного транспорта, одна из которых отвечает за весь электронный транспорт, а другая - только за ту часть, которая идет на образование органического вещества за счет фиксации углекислого газа, и по изменению их соотношения судят об уровне допустимых воздействий. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для установления предельно допустимых уровней антропогенного воздействия на окружающую среду, в том числе при проведении мероприятий по охране водоемов от з гряз- нения, по регулированию сброса поверхностных стоков с городских территорий и сельхозугодий, сточных вод промышленных предприятий.

Целью изобретения является повышение точнвсти и достоверности оценки путем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта.

На фиг. I А представлена кривая индукционной флуоресценции, а на фиг. 1 5 - зависимости величины интенсивности флуоресценции от времени темновой адаптации (кривая 1) и от времени освещения дальним красным светом (кривая 2); на фиг. 2 - зависимость эффективности фотосинтеза от освещенности; на фиг. ЗА - изменение скорости выделения кислорода (кривая 1) и эффективности фотосинтеза (кривая 2)

листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия, а на фиг. 3 Б - изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия; на фиг. 4 - изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта хлореллы в зависимости от концентрации ио- ков меди в среде; на фиг. 5 - изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта хлореллы в зависимости от кратности разбавления сточных вод до (кривая 1) и после (кривая 2) биологической очистки; на фиг. 6 - структурная схема устройства для реализации способа.

Согласно способу, включающему подготовку организмов, ввод их в измерительную термостатированную камеру с последующим воздействием повреждающи.м фактором и измерением фотосинтетической активности по выделению кислорода при периодическом освещении организмов до и после

СП

О СП

но: лейстния повреждающим фактором с оцен- Koii уровня допустимых воздействий, интенсивность освещения ор1анизмов выбирают на ;1ине11ном участке световой зависимости скорости выделения кислорода вблизи области насыщения, а воздействие повреждающего фактора каждый раз осуи1ествляют дозированно в течение интервала времени, дополнительно измеряют индукцию флуо- ресиепции и определяют изменение отношения ноглощенной световой энергии к энергии, запасенной в организме в реакциях фотосинтеза, в соответствии с формулой

to(pj

где / «iiK

} t I -I L t R V . t

К/ -ir, сС

ИКСу la Гчяхе Гв

Гнажс

интенсивность флуоресценции фотосинтезирующих организмов в максимуме индукции, отн. ед.; F,,интенсивность флуоресценции в

стационарной фазе индукционного процесса, отн. ед.; I /,,скорость выделения кислорода

организмами в процессе фотосинтеза в начале опыта, мг/.1с; V/скорость выделения кислорода

организмами в процессе фотосинтеза в текущий момент в)е- мени под действием поврсждаю- Hiero фактора, мг/лс; t.. и / индекс, указываюн1ий нача;1ьны11 и выб1)анный временной |)ежим действия повреждающего фактора;

||тип повреждающего фактора;

/ индекс, указ1 1ваюни|й уровень

дозирования повреждаю1цего фактора,

при этом нижнюю границу допустимого воздействия определяют при достпжеиии (1)0,9, а верхнюю границу при u);(),5.

Интервал времени между последующими включениями действующего спета устанавливают из ус, 1овия достижения перехода фотос11птези)уюп1их оргапизмов из темпового состояния фотосинтетических мембран н световое состояние, а кониент)гии1К) .юрода в камере довсхтят до уровня не ме нее 0.4 мг/л.

Способ реализуется с помон1ью устройства, (фиг. 6), содержащего источник 1 света, блок 2 светофильтров, полупро- зрачнсзе зеркало 3, измерительную камеру 4, светофильтр 5. фотоприемник 6. первый усилитель 7, электрод 8, второй усилите.1ь 9 и блок 10 обработки сигнала.

Способ осуществляют следующим обра- юм.

В измерительную камеру 4 номещают испытуемый объект. Проводят выбор оптимального режима работы фотосинтетического аппарата: ктистрируют Щ1дукциоппую кривую флуоресцеппии при 3-мипутной тем

5

0

5

0

5

0

5

новой адаптации (для водорослей) при различной освеп1енпости. Определяют зависимость эффективности фотосинтеза от освещенности (фиг. 2). Выбирают освещенность в области, близкой к максимуму кривой, например 1,5 КЛк, и регистрируют зависимость величины fvaKi от времени тем- новой адантации (фиг. 1 Б, кривая 1) или от времени освещения дальним красным светом (фиг. 1 Б, кривая 2). Выбирают время темновой адаптации или 30 с освещения дальним красным светом.

Для определения уровней допустимых воздействий объект подвергают дозированному воздействию повреждающим фактором, папример тепловому воздействию при разных температурах, и одновременно измеряют индукцию флуоресценции при помощи фотоприемника 6 через светофильтр 5 и скорость выделения кислорода электродом 8 при периодическо.м освещении объекта от источника 1 света через блок 2 светофильтров и полупрозрачное зеркало 3. При этом темно- вые интервалы или время засветки дальним красным светом и освещенность соответствуют выбранным ранее режимам. Электрические сигналы с фотоприемника 6 и кислородного электрода 8 поступают соответ- ствепно на первый и второй усилители 7 и 9 и затем в блок 10 обработки сигналов. В блоке И) обработки производится вычис- лепие от11осительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта о) по форму.пе ( 1) и определение зависимости со от величины действующего фактора. По кривой зависимости ы от величины дей- ствуюп1его фактора определяют нижний и верхний уровни допустимых воздействий, соответственно по уменьп ению величины ш до значений 0,9 и 0,5 отн. ед.

Пример 1. На фиг. 3 А представлено измерение скорости выделения кислорода (кривая 1) и эффективности фотосинтеза (кривая 2) листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия. Видно, что для гороха, выращепного при 28 С, скорость выделения кислорода (кривая 1) при увеличепии температуры воздействия (JT 18 до монотонно возрастает, а затем снижается. Из данных, представленных этой кривой, трудно оценить, например, в области каких воздействий (обратимых, репарируе.мых пли необрати.мых) находится тепловое воздействие при 41°С, скорость выделепия кислорода при котором близка к скорости выделения кислорода при температуре выращивания. Это снижает точность определения. Кривой 2 (фиг. 3 А) показано изменение эффективности фотосинтеза в зависимости от величины теплового воздействия. По ней также трудно оценить, к области каких воздействий относится тепловое воздействие в 41, приходящееся на максимум эффективности фотосинтеза, что также опреде.:1яет низкую точность оценки.

На фиг. 3 Б представлено изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия. Видно, что область от 22 до 39°С является областью обратимых воздействий: после снятия тепловой нагрузки все параметры фотосинтетического аппарата возвращаются к исходным. Область от 39 до 42°С является областью регулируемых воздействий. Установлено, что после снятия тепловой нагрузки из этой области воздействий параметры фотосинтетического аппарата не возвращаются сразу к исходным, а требуется некоторое время (от нескольких часов до нескольких суток) для возвращения параметров к исходным. При этом использование показателя относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта для оценки уровней воздействия позволяет однозначно отнести температурное воздействие 41°С к области ре- парируемых воздействий, что повышает точность и достоверность оценки. Область температурных воздействий выше 42°С является областью необратимых повреждений: после снятия тепловой нагрузки наблюдали дальнейшее развитие повреждения.

Пример 2. На фиг. 4 представлено изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта хлореллы в зависимости от концентрации ионов .меди в среде. Хлоре.ллу вырашива.чи в лабораторных условиях на среде Таммия при 24°С. Относительную фотосинтетическую эффективность электронного транспорта определяли через 30 мин после начала воздействия. Видно, что область концентрации ионов меди до 3-10 г/л является областью обратимых во:(действий. Область концентраций от 3- до 5- 10 г/л является областью репарируе.мых воздействий. Область концентрации выше г/л является областью необратимы.х повреждений. Необходимо отметить, что полученный по снижению относительной эффекти1 ности электронного транспорга до значения 0,5 отн. ед. верхний уровень области допустимых воздействий ионои меди совпадает с концентрацией ионов меди, 1екомендус юй для борьбы с цветение.м вoд(Jeмoв купоро- сованием.

Пример 3. На фиг. 5 н 1едстав.1сно из- .менение относите:1ьной фотосиптетической эффективности электронного транспорта хлореллы в зависимости от кратности разбавления сточных вод до (кривая 1) п носле (кривая 2) биохимической очистки. Культура хлореллы выращена, как и в примере 2. Изучали действие сточных вод предприятия «Заря (г. Рубежное) в острых опытах. Разбавление проводили дехлорированной водопроводной водой. l-1:i иредставленпы.х данных видно, что при сбросе сточных вод

в случае отсутствия биохимической очистки (что наблюдается при авариях на очистных сооружениях) для предотвращения необратимых повреждений фитопланктонного

сообщества р. Северский Донец в районе сброса необходимо не менее пятикратного разбавления стоков. Испытания очищенных сточных вод предприятия показывает, что очистные сооружения работают удовлетворительно. Однако для сведения к минимуму токсического воздействия на фитопланктон (т.е. для перехода в область обратимых воздействий) необходимо по крайней мере десятикратное разбавление очищенных стоков.

5 Таким образом, повыщение точности и достоверности оценки достигается путе.м измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта.

20

Формула изобретения

5 ли11ейном участке световой зависимости скорости выделения кислорода вблизи области насыщения-, а воздействие повреждающего фактора каждый раз осупи ствляют дози- рованно в течение заданного интервала

0 времени, дополнительно измеряют индукцию флуоресценции и определяют изменение ()Т1 О1пения поглощенной световой энергии к энергии, запасенной в организме в реакциях фотосинтеза, в соответствии с формулой

,„ ((,,, () /„ (-г&-) ( t.

Hixe. Hatif-F,

где - интенсивность флуоресценции фотосинтетизирующих организмов в максимуме индукции, отн. ед.;

F,: - интенсивность флуоресценции в стационарной фазе индукционного процесса, отн. ед.;

Vto - скорость выделения кислорода организмами в процессе фотосинтеза в начале опыта, мг/лс;

t - скорость выделения кислорода организмами в процессе фото

i

о

20 W 600 2 6 время, с у брещ MW

Освещенности, кЛк

Фиг.г

10

I

20

I I

I

W 0,b 0,6 0,

0,1

0

W

0.8

0,6

0,

0,2

0

II

W

2030W

Темлерс7Л71 /}о, С Фиг.З

10 0.8

g Q6

I

0.2

JMM wM

0 L

-8 -6 - -2 0 Jloeopuqjfi нонцентроцис/ Гг/ г/jj

Фиг.

30

w

50 7

0.7

W

w

60 I

HO

20 0

50

0.8

0.6

1 с

0.2 О

кратность раз5обления

ЦЗиг.5