Способ оценки токсичности водной среды Советский патент 1992 года по МПК G01N33/18 

1

(21)4858551/13

(22)10.08.90

(46) 30,12.92. Бюл. W 48

(71)Ленинградский государственный университет

(72)В.В.Полевой, МЖШишова, Н.И.Инге-Вечтомова и Р.А.Прошина

(56)Авторское свидетельство СССР « 1399673, кл. G 01 N 33/18, 1988. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ ВОЛНОЙ СРЕДЫ

(57)Использование: анализ водных Сред; экспресс-анализ экологической обстановки. Сущность изобретения : отрезок растительной ткани использу

tor в качестве тест-электрода.Иссле дуемую жидкость наносят на один конец, отрезка, выдерживают от 2 мин до 2 ч (в зависимости от токсичности примесей) , другой конец находится в дистиллированной воде и служит контролем изменения электрического потенциала. В случае нетоксичности жидкости разность электрических потенциалов между конями отрезка растительной ткани возвращается к исходному уровню, зарегистрированному до начала воздейст- вия. При повреждающем влиянии жидкости на клетки тестируемого конца отрезка растительной ткани возникает устойчивая во времени остаточная электронегативация. 3 ил.

Изобретение относится к области исследования и анализа водных сред и может быть применено для экспресс- анализа при контроле экологической обстановки.

Известен способ определения токсичности жидкостей,предусматривающий предварительное культивир ование фото- синтезирующего тест-объекта, взаимодействие тест-объекта с контролируемой жидкостью, контроль изменений функциональных параметров, определяемых состоянием фотосинтетического аппарата тест-объекта и определение токсичности по изменению на 5-50% активности фотосинтеза и дыхания тест- объекта - синхронизированной культуры- микроводорослей по отношению к контролю, в качестве которого используют величину активности фотосинтеза и дыхания микроводорослей, определенную до введения контролируемой жидкости в реакционную камеру. Недостатком известного способа является малая экспрессность и надежность анализа , связанные с тем, что исследования проводятся на синхронной культуре микроводорослей, поддержание которой сопряжено с определенными трудностями, определение активности фотосинтеза и дыхания методически-сложно, а кроме того, интенсивность таких процессов, как фотосинтез и дыхание, зависит от внешних факторов, особенно от освещенности, температуры и т.д.

Целью изобретения является повышение точности оценки токсичности сою

т

единений, а также ускорение и прощение анализа.

В предлагаемом способе оценки токсичности водной среды предусматривается выдерживание биологического тест-объекта в анализируемой среде, регистрация физиологического параметра теот-объекта и суждение о токсичности анализируемой среды по величине параметра. f , ,

В качестве тест-объекта выбирают отрезок растительной ткани, преимущественно колеоптиля- злаковых. На один конец отрезка воздействуют анализируемой жидкостью, а на ДРУГОЙ - дистиллированной водой и измеряют разность электрических потенциалов между концами отрезка.

Воздействие анализируемой жидкостью проводят от 2 минут до 2 часов, в зависимости от токсичности приме - сей.

Сущность предлагаемого изобрете- ния заключается в следующем. В осно- ву способа положена способность растений поддерживать разность электрических потенциалов между е го частями на постоянном уровне, б предлагаемом способе отрезок растительной ткани используется в качестве тесг -э лектро да при определении токсичности1 примесей, растворенных в среде. При Нанесении исследуемой жидкости на один конец отрезка, другой его ко неГц ос- тается в дистиллированной воде и служит контролем изменений „происходящих в ответ на воздействие. В случае нетоксичности примесей разность элект рических потенциалов между концами отрезка после окончания воздействия возвращается у исходному уровню, зарегистрированному до начала воздействия. При повреждающем влияний жидкости на поверхностные клетки тестируемого конца отрезка растительной ткани, возникает устойчивая sd времени остаточная негативация, т .е. невозвращение разности электрических потенциалов к исходному уровню. Величина остаточной негативации со- ответствует степени токсичности жидкости .

Исследование рг зличных концентраций солей тяжелых металлов, таких как кадмий, ртуть, медь, свинец, железо, а также ПАВ, в сопоставлении с контрольными опытами с использованием таких же концентраций хлоридов

калия и натрия в растворе, не оказывающих физиологического стрессового воздействия, показывает, что растворы солей тяжелых металлов в концентрациях - М вызывают четко выраженную остаточную негативацию разности электрических потенциалов, что свидетельствует о- резко отрицательном действии этих веществ на ме- таболизм растительных клеток даже в случае кратковременного, двухминутного воздействия. Опытным путем установлено, что увеличение времени воздействия исследуемых жидкостей приводит в значительному повышению чувствительности метода. При длительном воздействии выявляется токсичность у исследованных солей тяжелых металлов с концентрациями , в то время как ионы натрия и калия в тех же концентрациях не оказывали повреждающего воздействия (фиг.1, 2). Исследование токсичности растворенных в воде примесей, проведенное на различных растительных тканях - 4-х дневных этиолированных проростках кукурузы - колеоптилях, мезоко- тилях и корнях - показало, что наиболее чувствительными являются отч резки колеоптилей кукурузы, а наименее - отрезки корней, что может быть связано с особой физиологической ролью корневой системы растений поглощение веществ из почвенного раствора, характеризующегося достаточно высокими концентрациями различных

элементов, j

Чэ основе выявленных особенностей в изменении разности потенциалов между концами отрезка растительной ткани разработана система балльной оценки токсичности жидкости.В ка- честве фактора,вызывающего при кратковременном воздействии гибель клеток конца отрезка, использовали кипящую дистиллированную воду. Данное воздействие привело к появлению остаточной негативации, принимаемой за 10 баллов и равной 50 мВ. В приближении линейной зависимости остаточной негативации и степени повреждения, диапазон 0-50 мВ может быть раз- делен на 10 участков и 11 оценок в баллах, причем 0-баллу соответствует О мВ (отсутствие остаточной негатива ции), балла 1 - соответствует остаточной негативации в 5 мВ и т.д.

Способ осуществляют следующим способом.

Отрезки колеоптилей растений (нап- рием, кукурузы) длиной 20 мм помещают в измерительную камеру и измеряют исходное значение разности потенциалов между двумя концами отрезка в течение нескольких минут. После этого на один конец отрезка воздействуют анализируемой жидкостью, нанося раствор на ткани растения. Длительность воздействия может варьировать от 2 минут до 2 часов. Затем тестируемый конец отрезка отмывают дистиллированной водой и измеряют величину тканевого потенциала (разницу потенциалов между концами отрезка).

Измерение разности потенциалов производят с помощью двух неполяризующихся хлорсеребряных электродов типа ЭВЛ-1М, электрометрического усилителя постоянного тока с высоким, входным сопротивлением порядка 10 Ом, причем при необходимости непрерывной записи изменений разности электрических потенциалов в схему установки включают самописец типа . Степень токсичности жидкости определяют по балльной системе,приведенной выше.

Пример 1. Исследовали ток- сичность водного раствора хлористого калия в концентрации . На апикальный конец отрезка колеоптиля кукурузы нанесли исследуемый раствор, другой конец - дистиллированную воду. При этом зарегистрировали резкую деполяризацию тканевого потенциала, сохраняющуюся в течение 2-х часов инкубации. После отмывки отрезка тканевой потенциал постепенно возвращался к исходному значению. Остаточная негативация составила 1 мВ, что свидетельствует об отсутствии повреждающего воздействия ионов калия на метаболизм клеток, контактировавших с жидкостью (0-баллов повреждения).

Пример 2. В условиях примера 1 исследовали токсичность водного

вили, что она составляет 30 мВ и сохраняется в течение часа и более. По шкале установили, что имеет место - повреждение растительной ткани, соответствующее 6 баллу, что свидетельствует о заметной токсичности исследуемой жидкости.

Пример А. В условиях примера

Ю 1 исследовали токсичность раствора сернокислого кадмия CaSO. в воде при концентрации соли М. После воздействия величина остаточной негати- вации составила 50 мВ, что соответст15 вует 10 баллу по шкале токсичности и является следствием деструктивных процессов в клетках апикального конца отрезка растительной ткани под влиянием раствора.

20 ПримерБ. Прореряли токсичность действия поверхностно-активного вещества, в качестве которого выбрали стиральный порошок финского производства Pyykki Mari.Условия испытания соответствовали примеру 1, концентрация ПАВ составила 0,01%. После воздействия раствором на апикальный конец колеоптиля кукурузы оста-: точная негативация была близка к ну30 лю, что позволяет считать воздействие, данным раствором нетоксичным (фиг.З). Пример 6. Проверяли токсичность того же прошка, что в примере 5, при его концентрации 0,1%, в тех

35 же.условиях. Измерение остаточной негативации показало устойчивое отклонение ее от исходного уровня, составившее 20 мВ, что соответствует k баллу и свидетельствует о наличии,

40 повреждения клеток под действием данного раствора (фиг.З).

Пример 7. Проверяли токсичность ПАВ, в качестве которого взяли стиральный порошок советского произ45 водства Вихрь в концентрации 0,1% в условиях примера 1. Измерение остаточной негативации показало, что величина ее равна 7 мВ, что соответст25

вует повреждению 1-2 балла, что можраствора хлористого калия в концентра-50 HO рассматривать как нетоксичное воз действие исследуемого раствора.

Точность измерения величины разности потенцалов по сле воздействия

4Hvi 10-3 М. Остаточная негативация составила 2 мВ, что указывает на отсутствие повреждения клеток растительной ткани испытуемым раствором.

Пример 3. В условиях примера 1 исследовали токсичность водного раствора сернокислого кадмия CaS04 при концентрации 10-4м.. После регист-- рации остаточной негативации устано

(остаточной негативации) составляет

55 il мВ

Сравнение результатов с прототипом показывает, что предлагаемый спо соб, испольгуюш.ий отрезок растительной ткани и измерения чувствительновили, что она составляет 30 мВ и сохраняется в течение часа и более. По шкале установили, что имеет место - повреждение растительной ткани, соответствующее 6 баллу, что свидетельствует о заметной токсичности исследуемой жидкости.

Пример А. В условиях примера

1 исследовали токсичность раствора сернокислого кадмия CaSO. в воде при концентрации соли М. После воздействия величина остаточной негати- вации составила 50 мВ, что соответст5 вует 10 баллу по шкале токсичности и является следствием деструктивных процессов в клетках апикального конца отрезка растительной ткани под влиянием раствора.

0 ПримерБ. Прореряли токсичность действия поверхностно-активного вещества, в качестве которого выбрали стиральный порошок финского производства Pyykki Mari.Условия испытания соответствовали примеру 1, концентрация ПАВ составила 0,01%. После воздействия раствором на апикальный конец колеоптиля кукурузы оста-: точная негативация была близка к ну0 лю, что позволяет считать воздействие, данным раствором нетоксичным (фиг.З). Пример 6. Проверяли токсичность того же прошка, что в примере 5, при его концентрации 0,1%, в тех

5 же.условиях. Измерение остаточной негативации показало устойчивое отклонение ее от исходного уровня, составившее 20 мВ, что соответствует k баллу и свидетельствует о наличии,

0 повреждения клеток под действием данного раствора (фиг.З).

Пример 7. Проверяли токсичность ПАВ, в качестве которого взяли стиральный порошок советского произ5 водства Вихрь в концентрации 0,1% в условиях примера 1. Измерение остаточной негативации показало, что величина ее равна 7 мВ, что соответст5

Точность измерения величины разности потенцалов по сле воздействия

(остаточной негативации) составляет

il мВ

Сравнение результатов с прототипом показывает, что предлагаемый спо соб, испольгуюш.ий отрезок растительной ткани и измерения чувствительно го физиологического показателя, отличается большей экспрессностью и надежностью, т.к. измерения проводят в течение промежутка времени от 2 минут до 2 часов, и не требуется предварительного культивирования тест-объекта и синхронизации культуры.

Технико экономическая эффективность чающий предлагаемого способа по сравнению с прототипом заключается в высокой экс- прессности метода и высокой его чувствительности, а также адекватной оценке величины повреждения при использовании анализируемых жидкостей на живые организмы. Способ может быть осуществлен на простейшем оборудова- | нии, отличается повторимостью и не требует применения средств, искажающих состояние тест-системы при физическом и химическом воздействии. При длительности 2 чдса чувствительность метода составляет и ниже для таких повреждающих факторов, как соли тяжелых металлов, и 0,1% для ПАВ.

Формула изобретения

Способ оценки токсичности водной среды, предусматривающий выдерживание биологического тест-объекта в анализируемой среде, регистрацию физиологического параметра тест-объекта и суждение о токсичности анализируемой среды по величине параметра, о т л ис я тем, что, с целью Повышения точности оценки, а также, ускорения, и упрощения способа, в качестве биологического тест-объекта используют отрезок колеоптиля растец§ ния, при выдерживании колеоптиля в анализируемой среде в последней рэз мещают один конец колеоптиля,а про- тивоположный - в дистиллированной воде , выдерживание осуществляют в течение не более 2 ч, после чего-отрезок колеоптиля, находящийся в анализируемой среде, промывают, а в качестве физиологического параметра регистрируют остаточную негативацию ткани, определяемую путем измерения разности потенциалов между концами колеоптиля.

20

25

ния, при выдерживании колеоптиля в анализируемой среде в последней рэз мещают один конец колеоптиля,а про- тивоположный - в дистиллированной воде , выдерживание осуществляют в течение не более 2 ч, после чего-отрезок колеоптиля, находящийся в анализируемой среде, промывают, а в качестве физиологического параметра регистрируют остаточную негативацию ткани, определяемую путем измерения разности потенциалов между концами колеоптиля.