[go: up one dir, main page]

RU2135994C1 - Method for biologically testing water and soil for pollution - Google Patents

Method for biologically testing water and soil for pollution Download PDF

Info

Publication number
RU2135994C1
RU2135994C1 RU97110710A RU97110710A RU2135994C1 RU 2135994 C1 RU2135994 C1 RU 2135994C1 RU 97110710 A RU97110710 A RU 97110710A RU 97110710 A RU97110710 A RU 97110710A RU 2135994 C1 RU2135994 C1 RU 2135994C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
soil
pollution
bio
duckweed
Prior art date
Application number
RU97110710A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97110710A (en
Inventor
Л.В. Цаценко
Н.Г. Малюга
Original Assignee
Кубанский государственный аграрный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубанский государственный аграрный университет filed Critical Кубанский государственный аграрный университет
Priority to RU97110710A priority Critical patent/RU2135994C1/en
Publication of RU97110710A publication Critical patent/RU97110710A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2135994C1 publication Critical patent/RU2135994C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20Controlling water pollution; Waste water treatment

Landscapes

  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

FIELD: environmental monitoring. SUBSTANCE: phytotoxicity of water and soil polluted with heavy metals, pesticides, and other pollutants is estimated from the number of dead cells of duckweed leaflets after staining. Using thus obtained results, pollution appraisal scale is drawn. EFFECT: increased determination accuracy and rapidity. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам оценки загрязнения воды и почвы с помощью биоиндикаторов (представителей семейства рясковых) на основе витального окрашивания. The invention relates to the field of agriculture, and in particular to methods for assessing water and soil pollution using bioindicators (representatives of the duckweed family) based on vital staining.

Представители семейства рясковых уже интенсивно используются в течении нескольких лет для тестирования воды на загрязнение поллютантами. Важным преимуществом данного тест-объекта является их быстрая скорость размножения и простота строения. В качестве показателей для биоиндикации воды используют: количество и размеры листецов, длину корней рясок, специфическую окраску листецов на каждый загрязнитель, содержание хлорофилла, количество хлоропластов в эпистрофном положении после воздействия сильного света [Ломагин Л. Г. , Ульянова Л.В. 1993; Малюга Н.Г. и др, 1996, Wang W. 1990] Время тестирования различными методами колебалось от 2 до 14 суток. Representatives of the duckweed family have been intensively used for several years to test water for pollutant contamination. An important advantage of this test object is their fast breeding rate and ease of construction. As indicators for the bioindication of water use: the number and size of leaves, the length of the roots of the cassocks, the specific color of the leaves for each pollutant, the content of chlorophyll, the number of chloroplasts in the epistrophic position after exposure to strong light [Lomagin L. G., Ulyanova L. V. 1993; Malyuga N.G. et al, 1996, Wang W. 1990] Testing time by various methods ranged from 2 to 14 days.

При оценке действия поллютантов необходимо иметь полную картину нарушений, которые вызывает тот или иной загрязнитель на организм. Подсчет числа листецов позволяет выявить жизнеспособность популяции рясок в загрязненной среде, способ определения токсичности поллютантов по степени подавления фототаксисиса позволяет провести анализ достаточно быстро - от суток до двух. В основе метода положено изменение положения хлоропластов в эпистрофном и парастрофном положении. При проведении этого теста подсчитывают число хлоропластов, находящихся в эпистрофном положении, т.е. перпендикулярном положении к лучам света. После интенсивного освещения через 10 минут количество таких хлоропластов уменьшается до 0. Причиной тому - переход большинства хлоропластов в парастрофное положение, т.е. они прижимаются к краям клеточной стенки. У листецов поврежденных действием токсикантов хлоропластов не отходят или частично отходят к краям клетки. Ломагин и Ульянова (1993) предложили считать количество хлоропластов в эпистрофном положении после воздействия интенсивного света в течении 10 минут показателем повреждения клеток. When assessing the effect of pollutants, it is necessary to have a complete picture of the disorders that a particular pollutant causes on the body. Counting the number of leaves allows you to identify the viability of the duckweed population in a polluted environment, a method for determining the toxicity of pollutants by the degree of suppression of phototaxisis allows the analysis to be carried out quite quickly - from a day to two. The method is based on a change in the position of chloroplasts in the epistrophic and parastrophic position. When conducting this test, the number of chloroplasts in the epistrophic position, i.e. perpendicular to the rays of light. After intense lighting, after 10 minutes, the number of such chloroplasts decreases to 0. The reason for this is the transition of most chloroplasts to the parastrophic position, i.e. they are pressed to the edges of the cell wall. In leaflets damaged by the action of toxicants, chloroplasts do not depart or partially depart to the edges of the cell. Lomagin and Ulyanova (1993) suggested counting the number of chloroplasts in the epistrophic position after exposure to intense light for 10 minutes as an indicator of cell damage.

Недостатком известного способа является то, что при его анализе не удается просмотреть все ткани листеца, тем более прогнозировать дальнейшее поведение биоиндикатора в загрязненных условиях. Наиболее близким к предлагаемому является способ определения количества погибших клеток методом витального окрашивания. Если в описанном способе хлоропласты двигаются за счет того, что есть живая цитоплазма, то предлагаемый способ позволяет еще раньше увидеть повреждение клетки. В основе его лежит свойство живых клеток сильно ограничивать проницаемость внутрь органических веществ и, будучи помещены в растворы некоторых красителей, они практически не окрашиваются. В мертвые клетки краска проникает свободно, благодаря чему их можно сразу обнаружить и учесть. The disadvantage of this method is that during its analysis it is not possible to view all the leaf tissue, especially to predict the further behavior of the bio-indicator in contaminated conditions. Closest to the proposed is a method for determining the number of dead cells by vital staining. If in the described method chloroplasts move due to the fact that there is a living cytoplasm, the proposed method allows you to see cell damage even earlier. It is based on the property of living cells to severely limit the permeability inside organic substances and, when placed in solutions of some dyes, they practically do not stain. Paint penetrates into dead cells freely, so that they can be immediately detected and taken into account.

Наиболее близким к предлагаемому способу является окрашивание водорослей и просмотр их в люминисцентном микроскопе. При облучении клеток водоросли ультрафиолетом, учет повреждения ведется по числу мертвых клеток (окрашены зеленым) к числу живых (ярко-красным). Closest to the proposed method is the staining of algae and viewing them in a luminescent microscope. When algae cells are irradiated with ultraviolet light, damage is counted according to the number of dead cells (painted green) to the number of living cells (bright red).

[Галактионов С.Г., Юрин В.М., 1980]. [Galaktionov S.G., Yurin V.M., 1980].

Недостатком известного способа является его дороговизна (требуется наличие флюоресцентного микроскопа и специальных флюоресцентных красителей), а также необходимы специальные - небольшие водоросли, чтобы можно было легко проводить учет. Из-за своей дороговизны и неудобства, способ не нашел широкого применения. The disadvantage of this method is its high cost (requires a fluorescence microscope and special fluorescent dyes), and also need special - small algae, so that it can be easily counted. Due to its high cost and inconvenience, the method has not found wide application.

Техническим решением задачи является повышение информативности, быстроты и легкости определения загрязнения компонентов агроландшафта (воды и почвы). Сущность изобретения заключается в следующем: оценка токсичности тяжелых металлов, пестицидов и других загрязнителей определяется по количеству погибших клеток и растений биоиндикатора, т.е. листецов ряски после окраски красителем. The technical solution to the problem is to increase the information content, speed and ease of determining the pollution of the components of the agrolandscape (water and soil). The essence of the invention is as follows: toxicity assessment of heavy metals, pesticides and other pollutants is determined by the number of dead cells and plants bioindicator, i.e. duckweed leaves after staining with dye.

Новизна заявляемого метода заключается в том, что в качестве оценки загрязнения почвы и воды предлагается способ, основанный на инфильтрации листецов ряски (высших растений), их окраски и подсчета количества погибших клеток, после воздействия загрязнителя. Преимущества предлагаемого способа очевидны: метод витального окрашивания позволяет просмотреть большое количество листецов сразу и увидеть степень повреждения всех растений в популяции. Выявить реакцию молодых и старых особой, спрогнозировать отклик биоиндикатора на загрязнение среды при дальнейшем его росте. На анализ одного образца требуется 5-7 минут, время проведения всего теста - 24 часа. При анализе можно просмотреть от 5 до 30 растений, что дает большой размах вариации при статической оценке. По результатам анализа составляется шкала загрязнения. The novelty of the proposed method lies in the fact that as an assessment of soil and water pollution, a method is proposed based on the infiltration of duckweed leaves (higher plants), their color and counting the number of dead cells after exposure to the contaminant. The advantages of the proposed method are obvious: the method of vital staining allows you to view a large number of leaves at once and see the degree of damage to all plants in the population. To identify the reaction of young and old special, to predict the response of the bio-indicator to environmental pollution with its further growth. It takes 5-7 minutes to analyze one sample, the entire test takes 24 hours. In the analysis, from 5 to 30 plants can be viewed, which gives a large range of variation in a static assessment. According to the results of the analysis, a pollution scale is compiled.

Предлагаемый метод отработан на воде и почве, загрязненной тяжелыми металлами и пестицидами. В анализе могут быть включены как молодые, так и старые листецы рясок, где реакция на загрязнитель бывает разной. The proposed method has been tested on water and soil contaminated with heavy metals and pesticides. The analysis may include both young and old leaflets of cassocks, where the reaction to the pollutant varies.

Достоинством метода является еще тот фактор, то он позволяет смоделировать отклик тестеров при пороговых концентрациях и прогнозировать жизнеспособность популяции при различных концентрациях токсиканта. Another advantage of the method is that it allows us to simulate the response of testers at threshold concentrations and to predict the viability of the population at various concentrations of the toxicant.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков направляемого технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "изобретательский уровень". According to the patent and scientific literature, the claimed combination of features of the directed technical result is not revealed, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Описанный способ оценки биотестирования воды и почвы на загрязнение поллютантами на основе витального окрашивания позволит широко использовать его в агроэкологическом мониторинге земель и воды, при оценки их общей фитотоксичности. The described method for assessing biotesting of water and soil for pollutant contamination based on vital staining will allow its wide use in agroecological monitoring of land and water, in assessing their general phytotoxicity.

Способ биотестирования воды и почвы на загрязнение поллютантами на основе витального окрашивания состоит в следующем. The method of biotesting water and soil for pollutant contamination based on vital staining is as follows.

В работе использовали ряску малую (Lemna minor L.), отобранную из коллекции рясок кафедры растениеводства КГАУ (г. Краснодар), собранную из представителей видов, встречающихся на территории Краснодарского края. In the work we used small duckweed (Lemna minor L.), selected from the collection of cassocks of the Department of Plant Production of KGAU (Krasnodar), collected from representatives of species found in the Krasnodar Territory.

Для исследований были взяты водные растворы солей: ZnSO4, CuSO4, CuCl2, Co(NO3)2, BaCl2, MnSO4, Fe(SO4)3 с концентрацией катионов: 0,25; 0,1; 0,025; 0,001 и 0,0001 мг/мл и растворы пестицидов в соответствии с нормой из применения: децис (0,02 мл/100 мл воды), суми - L, (0,03 мл/100 мл воды) дерозал (0,25 мл/100 мл воды), антио (0,2 мл/100 мл воды).For research, we took aqueous solutions of salts: ZnSO 4 , CuSO 4 , CuCl 2 , Co (NO 3 ) 2 , BaCl 2 , MnSO 4 , Fe (SO 4 ) 3 with a concentration of cations: 0.25; 0.1; 0.025; 0.001 and 0.0001 mg / ml and solutions of pesticides in accordance with the norm of use: decis (0.02 ml / 100 ml of water), sumi - L, (0.03 ml / 100 ml of water) derosal (0.25 ml / 100 ml of water), anti (0.2 ml / 100 ml of water).

1. Перед проведением опыта биотестеры помещали под лампу дневного света на 16 часов с 8-часовым затемнением и выдерживали в таком режиме двое суток. Опыт проводили в 3-х кратной повторности по 20 листецов на повторность. Эталон - вариант с дистиллированной водой. 1. Before the experiment, biotests were placed under a daylight lamp for 16 hours with 8-hour dimming and kept in this mode for two days. The experiment was carried out in 3-fold repetition of 20 sheets per repetition. Standard - option with distilled water.

2. После закладки опыта листецы помещали под лампу дневного света на 18 часов. Тестирование проводили на следующий день. 2. After laying the test leaflets were placed under a daylight lamp for 18 hours. Testing was carried out the next day.

3. Для полного окрашивания листецов проводили их инфильтрацию. 3. For complete staining of the leaves, they were infiltrated.

Для этого листецы помещали в клиническую центрифугу (ОПН-3), количество оборотов в минуту составило- 3000. Время центрифугирования - 10 мин. For this, the leaflets were placed in a clinical centrifuge (OPN-3), the number of revolutions per minute was 3000. The centrifugation time was 10 minutes.

4. В качестве красителя использовали сафранин, поскольку он обладает способностью хорошо окрашивать стенки клеток. 0,25 г сафранина растворяли в 100 мл 10% спирта. Количество покрашенных клеток в процентом отношении к общей площади листеца приняли за показатель токсичности поллютанта. 4. Safranin was used as a dye, since it has the ability to stain cell walls well. 0.25 g of safranin was dissolved in 100 ml of 10% alcohol. The number of stained cells as a percentage of the total leaf area was taken as an indicator of pollutant toxicity.

5. Анализ проводили на микроскопе WW с увеличением 12,5 X 10
В таблице приведены разные концентрации загрязнения воды солями тяжелых металлов.
5. The analysis was carried out on a WW microscope with a magnification of 12.5 X 10
The table shows the different concentrations of water pollution with salts of heavy metals.

Тяжелые металлы. На анализ одного образца требуется 5 - 7 минут. В эталоне - окрашенными оказалось до 10% клеток от всей площади листеца (рис. ). При большой концентрации металла старые листецы окрашивались полностью, с уменьшением концентрации живыми, т.е. неокрашенными оставались только точки роста. При некоторых концентрациях зелеными были лишь части листеца. Как видно из рисунка, и таблицы 1 при малых концентрациях металлов (0,001, 0,0001 мг/мл) жизнеспособным остается молодой листец и это дает возможность объекту размножаться дальше. Heavy metals. It takes 5 to 7 minutes to analyze one sample. In the standard, up to 10% of the cells of the entire leaf area were stained (Fig.). At a high concentration of metal, the old leaflets were completely stained, with a decrease in concentration alive, i.e. only the growth points remained unpainted. At some concentrations, only parts of the leaf were green. As can be seen from the figure, and table 1 at low metal concentrations (0.001, 0.0001 mg / ml), the young leaf remains viable and this allows the object to multiply further.

Пестициды. Все исследуемые препараты вызывали ингибирование фототаксиса хлоропластов и их количество, после 10 минут воздействия сильным светом составило 21 - 22. При витальном окрашивании всех листецов реакция биотестера на препараты была разной. Антио - листецы все окрашены, децис и дерозал - молодые листецы не окрашены, старые - окрашены на 90%, суми-L - молодые не окрашены только в точках роста, старые - 90% окрашено. Pesticides All studied drugs caused inhibition of chloroplast phototaxis and their number, after 10 minutes of exposure to strong light, was 21 - 22. During the vital staining of all leaves, the biotester reaction to the drugs was different. Anti-leaflets are all stained, decis and derosal - young leaflets are not stained, old ones are stained 90%, sumi-L - young ones are not stained only at growth points, old ones - 90% stained.

Следует заметить, что качество окраски будет зависит от полной инфильтрации листецов ряски, т.к. полного освобождения их от воздуха. Для предлагаемого тестера время инфильтрации 10 минут. It should be noted that the color quality will depend on the complete infiltration of duckweed leaves, as their complete release from the air. For the proposed tester, the infiltration time is 10 minutes.

Claims (1)

Способ биотестирования воды и почвы на загрязнение поллютантами, включающий помещение биотестеров в анализируемую воду, выдерживание их в воде, отличающийся тем, что в качестве биотестеров используют мертвые клетки листецов ряски и по количеству окрашенных биотестеров составляют бонитировочную шкалу повреждения биотестера. A method for bio-testing water and soil for pollutant contamination, including placing bio-testers in the analyzed water, keeping them in water, characterized in that dead cells of duckweed leaves are used as bio-testers and, according to the number of colored bio-testers, make up a rating scale for damage to the bio-tester.
RU97110710A 1997-06-25 1997-06-25 Method for biologically testing water and soil for pollution RU2135994C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97110710A RU2135994C1 (en) 1997-06-25 1997-06-25 Method for biologically testing water and soil for pollution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97110710A RU2135994C1 (en) 1997-06-25 1997-06-25 Method for biologically testing water and soil for pollution

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97110710A RU97110710A (en) 1999-05-20
RU2135994C1 true RU2135994C1 (en) 1999-08-27

Family

ID=20194572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97110710A RU2135994C1 (en) 1997-06-25 1997-06-25 Method for biologically testing water and soil for pollution

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2135994C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2267781C1 (en) * 2004-04-19 2006-01-10 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской Академии Наук (ГЕОХИ РАН) Method of evaluating pesticide pollution of areas
RU2298182C2 (en) * 2001-05-30 2007-04-27 Биолекс, Инк. Uses duckweed for high-productivity screening
RU2315006C1 (en) * 2006-04-04 2008-01-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Method of biotesting of the water on the heavy metals pollution
RU2387992C1 (en) * 2009-03-30 2010-04-27 Евгения Сергеевна Сергеева Method for sanitary evaluation of natural water body contamination level
RU2420735C1 (en) * 2009-12-28 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for rapid detection of heavy metals in water
RU2446396C2 (en) * 2009-12-21 2012-03-27 Федеральное Государственное унитарное предприятие Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства Method to assess toxic effect of pesticides at water objects
RU2816879C1 (en) * 2023-07-14 2024-04-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method for assessing phytotoxicity of water using winter wheat seedlings

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003097C1 (en) * 1991-06-26 1993-11-15 Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском государственном университете Method for evaluating toxicity of water medium

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003097C1 (en) * 1991-06-26 1993-11-15 Научно-исследовательский институт биологии при Иркутском государственном университете Method for evaluating toxicity of water medium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ломагин А.Г., Ульянова Л.В. Новый тест на загрязненность воды с использованием ряски Lemna minor L. Физиология растений. - 1993, т. 40, N 2, с. 327 и 328. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2298182C2 (en) * 2001-05-30 2007-04-27 Биолекс, Инк. Uses duckweed for high-productivity screening
RU2267781C1 (en) * 2004-04-19 2006-01-10 Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской Академии Наук (ГЕОХИ РАН) Method of evaluating pesticide pollution of areas
RU2315006C1 (en) * 2006-04-04 2008-01-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Method of biotesting of the water on the heavy metals pollution
RU2387992C1 (en) * 2009-03-30 2010-04-27 Евгения Сергеевна Сергеева Method for sanitary evaluation of natural water body contamination level
RU2446396C2 (en) * 2009-12-21 2012-03-27 Федеральное Государственное унитарное предприятие Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства Method to assess toxic effect of pesticides at water objects
RU2420735C1 (en) * 2009-12-28 2011-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Method for rapid detection of heavy metals in water
RU2816879C1 (en) * 2023-07-14 2024-04-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ставропольский государственный аграрный университет" Method for assessing phytotoxicity of water using winter wheat seedlings

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Svendsen et al. A review of lysosomal membrane stability measured by neutral red retention: is it a workable earthworm biomarker?
Campanella et al. An algal biosensor for the monitoring of water toxicity in estuarine environments
Franklin et al. Development of flow cytometry‐based algal bioassays for assessing toxicity of copper in natural waters
Regel et al. Algal esterase activity as a biomeasure of environmental degradation in a freshwater creek
Eisentraeger et al. Comparative studies on algal toxicity testing using fluorometric microplate and Erlenmeyer flask growth-inhibition assays
Al-Sabti et al. Fish micronuclei for assessing genotoxicity in water
US5798222A (en) Apparatus for monitoring substances in organisms
Shugart Environmental genotoxicology
Muller et al. Rapid exposure assessment of PSII herbicides in surface water using a novel chlorophyll a fluorescence imaging assay
Prado et al. Suitability of cytotoxicity endpoints and test microalgal species to disclose the toxic effect of common aquatic pollutants
Isom Sampling and interpretation of algal patterns for water quality assessments
Franklin et al. Development of multispecies algal bioassays using flow cytometry
Stone et al. Development and application of a multispecies toxicity test with tropical freshwater microalgae
Héberger et al. Evaluation of single-cell gel electrophoresis data: Combination of variance analysis with sum of ranking differences
KR101436921B1 (en) Method for evaluatig aquatic ecotoxicity usig euglena
Renzi et al. Early warning tools for ecotoxicity assessment based on Phaeodactylum tricornutum
Prudkin-Silva et al. A cost-effective algae-based biosensor for water quality analysis: Development and testing in collaboration with peasant communities
Snyman et al. Hemocytic lysosome response in the snail Helix aspersa after exposure to the fungicide copper oxychloride
EP1407040A2 (en) Device and method for detecting photosynthesis inhibition
Denton et al. Trace metals in corals from the Great Barrier Reef
RU2135994C1 (en) Method for biologically testing water and soil for pollution
Gosset et al. Microalgal whole-cell biomarkers as sensitive tools for fast toxicity and pollution monitoring of urban wet weather discharges
Machado et al. Optimization of a microplate-based assay to assess esterase activity in the alga Pseudokirchneriella subcapitata
Wedderburn et al. Biomarkers of biochemical and cellular stress in Carcinus maenas: an in situ field study
DE2626915C2 (en) Procedure for the determination of pollutants and the installation for the implementation of this procedure