Способ определения токсичности окружающей среды Советский патент 1989 года по МПК G01N27/56 G01N33/18 

Изобретение 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 повьше- ние чувствительности за счет феномена изменения биоэлектрического потенциала листа растения при измене-

НИИ условий освещения путем измерения прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции, которая характеризует общее функциональное состояние растения.

При наличии токсичных веществ нарушается нормальная жизнедеятельность растения и изменяется биопотенциал по форме прохождения светоиндуцированной биоэлектрической реакции. Измерение разности потенциалов прово I

ли I I M Klipl - и ЛИСТ К(1М pilCTCмия . Ос ноиьчк) par томно со сксччкояп- ),г-|11ым ичмононием (интенсивности света, т.е. резк(1 ичменяют оспешоннос ть (объекта: темнота - с.нет шш спет - свет с пе)е11адом интенсивности не ме Н(е 3 Вт/м. Итмеряют светоиндуни- ронанную биоэлектрическую реакцию в тестируемом растворе по амплитудным и временным нараметрам и нри наличии отклонения от контроля хотя бы одног из измеряемых показателей судят о токсичности окружающей . Результаты регистрируются и записываются автоматцчески на самописце в виде кривой.

Способ реализуется следующим образом. К отводящим электродам подключается с помощью приспособления для обеспечения контакта листа растения отводящими электродами исследуемый растительиьй объект. Электроды подключаются к усилителю, которьй подключен к блоку автоматического конт- роля и записи результатов. При включении источника освещения в растительном объекте начинает проходить светош дуцированная биоэлектрическая реакция. Сигналы проходят через уси- литель и поступают в блок автоматического контроля, где регистрируются и записываются на самописце в виде кривой прохождения спетоиндуцироаан- ной биоэлектркческой реакции.

11.1 rjinr . I --Ч иринелснм :(,ч ии1.:иг|) скачка потешди.чла 1: от )1рем(М1И t ноч- дейстнии снктл на раст( ния.

Пример 1. Дпя опрелеления токсичности вод ис пользовали погруженное высшее водное растение Валис- нерию спир шьную, которое культивировалось в аквариуме на водопроводной ьоде с добавлением питательного раствора Кнопа до разведения 1:500. Растение поместили в опытную ячейку и залили контрольной средой. В ячейку опустили хлорсеребряные электроды, заполненные 0,1 и. раствором хлористого калия: заземляемый - в темную часть, измерительный - в освещаемую часть. Электрический контакт растения с электродами осуществлялся через водную среду. Для устранения короткого замыкания через водную среду между измеряемыми участками создавался разрыв среды при помощи вазелинового масла. Подключенное таким образом растение адаптировалось в темноте 15- 25 мин, затем включали источник освещения и по.ггучали контрольную свето- индуцированную биоэлектрическую реакцию, которая автоматически регистрировалась и записывалась на самописце Б виде кривой. Такая реакция в Ва- лиснерии, находящейся при 20-25 С и интенсивности освещения 20 Вт/м, имела следующие параметры:

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/м². Результаты регистрируются и записываются автоматически на самописце в виде кривой. 5 ил.

iE,

Iфаза: iiE, 25-35 мВ; f,t, 170-200 с; --- -0,200 мВ/с;

I

IIфаза: &Е 80-90 мВ; At 450-650 с; 0,150-0,200 мВ/с;

at.

III фаза: ДЕ, 40-60 мВ; ut 1000-1500 с; , --0,030-0,040 мВ/с.

Контрольную среду сменили на исследуемую тестируемую и после установления стационарного состояния потенциала в темноте получили новук еветоиндуцированную биоэлектрическую реакцию. Провод11ли количественную оценку aмгIЛИтy; ныx (ДЕ) и временных (fit) параметров реакции, и определяли скорость измс нения потенциала

(---) . По отклонениям хотя бы одног

Q t

иг этих покг :ьч1Ч лей от контрольных судили о тоК1:ич1К5Сти водной среды (на фиг. 1 ,.1я 1 - контроль, на

iE,

---at.

0

5

кривой 2 видны отклонения от контроля измеряемых параметров (амплитудных и временных), что свидетельствует о наличии в исследуемой пробе воды токсических веществ).

Пример 2. Определение токсичности почв.

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

15

(iLM. i и;| и , IIa;uic,-)ji(j4nyR) ж адкость I:IT- ф|111Ь 1 ронали . Получениьп) фильтрат - ( бъект исследон. игия . Д;) опыт проводили аналогично примеру I. На фиг, 2 показана контрольная (3) и измененная (4) после введения в среду водной почвенной вытяжки светоинду- цированные биоэлектрические реакции.

Пример 3. Для определения токсичности вг здуха использовали высшее водное растение из группы воздушно-водных Нанник большой. Растения культинир 1вали в вегетационном сосуде песчано-1иэдная культура с добавлением питательного раствора Кнопа д разведения 1:500. Растение поместили в экранированную герметически закрываемую камеру вместе с вегетационным сосудом. Контакт с листом осур еств- лялся через воздушный ионизационный электрод, с корнем - через хлорсереб ряный электрод. Контрольные светоин- дуцированные биоэлектрические реакции измеряли в нормальной воздушной среде. Для определения токсичности воздуха исследуемую пробу воздуха ввели в камеру. Оценка токсичности проводилась аналогично примеру 1 , (на фиг. 3, кривая 5 - контроль, кривая 6 по тучена при наличии токсичной газообразной примеси, о чем свидетельствует отклонение измеряемых параметров реакции от контроля).

Используемая в предлагаемом способе светоиндуцированная биоэлектрическая реакция является интегративным показателем нескольк11х биохимических и биофизических процессов (фотосинтез, фотодыхание, дыхание, перенос 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 Б контролируемых 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 воз77

М()жн(1сть наОлюда 1ь не только реакцию организма в момент воздействия токсиканта, но и поведение организма, как части биоценоза в режиме адаптации к новым, в том числе токсическим условиям. Такие ,1с позволяют - прогнозировать состояние биоценоза после поступления в него токсикантов

Q (например, при оценке очистительной роли пысших водных растений в водоемах) .

Чувствительность по некоторым веществам может достигать 1-10 М в

15 воде или 0,1 мг/м в воздухе.

Для выбора оптимальных условий освещения с целью получения светоиндуцированной биоэлектрической реакции на высших водных растениях проводи20 лись специальные исследования,которые показали, что каждый вид имеет свой диапазон оптимальной интенсивности освещения - погруженные высшие -водные растения (Валисиерия, Элодея) 325 60 Вт/м, воздушно-водные (Рогоз, Манник) - 60-200 Вт/м. В целом нормальная светоиндуцированная биоэлектрическая реакция, отвечающая услови-г. ям, необходимым для определения ток

30 сичности среды, получается в очень широком диапазоне освещения - от 3 до 300 Вт/м. Нижняя величина мощности определяется чувствительностью и воспроизводимостью измерения Потенциала, а верхняя - необходимыми изменениями биохимических процессов в растениях под действием света.

Использование предлагаемого спого- ба определения токсичности окружающей

0 среды обеспечивает по сравнению с существующими способами расширение диапазона исследуемых токсических веществ, что позволяет более широко использовать его в народном хозяйстве,

с и повышение чувствительности, что уменьшает вероятность загрязнения на ранней стадии.

5

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 повьш1ения чувствительности, на исследуемом растении регистрируют изменение величины

Pii tiifu- ГЦ псчтсициплои можду р.ччличны-- МП учпс гклми р;зсте(1ия при прпхожде- мии cBeToiiimyzinpoBanHDH бноэлектри0Ul1

10

ченксп реакции, причем мощность пря- Moyi4iJiF.iioi o импульса света гостанля- ет 3-300 Вт/м.

ФШ1

1

ю Фш