НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА "Определение токсичности воды при помощи дафний"

VII Республиканский конкурс исследовательских работ

и проектов школьников « Дебют в науке»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Определение токсичности воды при помощи дафний

ФАРЕТДИНОВ АЯЗ

2016 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………………………	3
Глава 1. Теоретическая часть
1.1 Биотестирование с использованием дафний…………………	4
1.2 Дафния магна как тест-объект биотестирования водной среды……………………………………………………………….	6
Глава 2. Практическая часть
2.1 Определение токсичности воды р.Омшанка……………….	8
2.2. Результаты исследования……………………………………...	9
Заключение…………………………………………………………	15
Литература…………………………………………………………	16

Введение

Во всем мире возрастает антропогенная нагрузка на окружающую среду. В сфере производственной деятельности человек включает все новые и новые природные ресурсы, истощая их и загрязняя при этом отходами несовершенных технологий воздух, воду, землю.

Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндикацию и биотестирование. Методами биоиндикации и биотестирования определяется присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя по наличию или состоянию определенных организмов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки, т.е. обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Таким образом, применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия. Методом биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов в определенных условиях может осуществляться качественная и количественная оценка (без определения степени загрязнения) эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду.

Целью работы является экологическая оценка качества воды р. Омшанка методом биотестирования с использованием в качестве тест – объекта дафнии.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить методику оценки чистоты воды с помощью дафний;

2. Произвести забор проб воды в трех точках на реке Омшанка;

3. Проверить чистоту тестируемой воды р. Омшанка с помощью дафний.

Объектом исследования: Дафния Магна

Предметом исследования: вода реки Омшанка

Глава 1. Теоретическая часть

1. Биотестирование с использованием дафний

Методика биотестирования. Метод основан на определении изменений выживаемости и плодовитости дафний при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой воде, по сравнению с контролем .

Кратковременное биотестирование (до 96 час) позволяет определить острое токсическое действие воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой воде или в контроле за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50 и более процентов дафний за период времени до 96 ч в тестируемой воде по сравнению с контролем. Длительное биотестирование (20 и более суток) позволяет определить хроническое токсическое действие воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество исходных самок дафний, выживших в течение биотестирования, показателем плодовитости - среднее количество молоди, выметанной в течение биотестирования, в пересчете на одну выжившую исходную самку. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости или плодовитости дафний. Кратковременное биотестирование (до 96 час) позволяет определить острое токсическое действие воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество тест-объектов, выживших в тестируемой воде или в контроле за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50 и более процентов дафний за период времени до 96 ч в тестируемой воде по сравнению с контролем. Длительное биотестирование (20 и более суток) позволяет определить хроническое токсическое действие воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество исходных самок дафний, выживших в течение биотестирования, показателем плодовитости - среднее количество молоди, выметанной в течение биотестирования, в пересчете на одну выжившую исходную самку. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости или плодовитости дафний.

Начальная плотность посадки - 6-10 особей на 1 л воды. Спустя 5-7 суток, в течение которых дафнии привыкают к лабораторным условиям существования и начинают размножаться, в сосуды доливают воду для дальнейшего культивирования. Культуру дафний выращивают в климатостате, люминостате, боксе или помещении, не содержащем токсических паров или газов. Оптимальная температура для культивирования дафний и биотестирования составляет 20+2°С, освещенность 400-бООлк при продолжительности светового дня 12- 14ч.

1.2 Дафния магнакак тест-объект биотестирования водной среды

Тест-объект - организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений. 
Тест-объекты, по определению Л.П.Брагинского - "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) водной среды ("да" или "нет"), независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически не определяемых веществ, какой обычно представляют собой сточные воды.

Планктонные ракообразные, относящиеся к роду дафний, активные фильтраторы. Пропуская через свой организм большие объёмы воды, они способны накапливать значительные количества токсических веществ, способствуя тем самым естественному самоочищению воды. Скорость аккумуляции загрязняющих веществ у этой группы организмов очень велика. Дафнии чувствительны даже к небольшим концентрациям некоторых солей, например, добавление солей меди в концентрации 0,01 мг/л вызывает замедление движений рачков, они либо опускаются на дно, либо замирают у поверхностной плёнки воды .

Место изучаемых ракообразных в систематике:

Тип: Членистоногие Arthropoda

Класс:Ракообразные Crustacea

Отряд:ЛистоногиеPhyllopoda

Подотряд:ВетвистоусыеCladocera

Род: Дафнии Daphnia

Биология Дафнии — мелкие рачки (размеры тела взрослых особей от 0,6 до 6 мм). Они населяют все типы стоячих континентальных водоемов, встречаются также во многих реках с медленным течением. В лужах, прудах и озерах часто имеют высокую численность и биомассу. Дафнии — типичные планктонные рачки, большую часть времени проводящие в толще воды. Различные виды населяют мелкие временные водоемы, литораль и пелагиаль озер. Их значение в жизни наших водоемов очень велико. Бесчисленное множество микроскопических ракообразных служит пищей для многих видов рыб, их личинок и мальков. При этом сами они в свою очередь также поедают множество различных микроорганизмов. Многие мелкие ракообразные питаются фильтрационным способом, процеживают пищевую взвесь. Благодаря их пищевой деятельности осветляется природная вода и улучшается ее качество. Дафния магна , самка — до 6 мм, самец — до 2 мм, новорожденные — 0,7 мм. Созревают в течение 10—14 суток. Пометы через 12—14 суток. В кладке до 80 яиц (обычно 20—30). Продолжительность жизни — до 3-х месяцев.

Глава 2. Практическая часть

2.1 Определение токсичности воды р.Омшанка

В последнее время экологические загрязнения среды стали очень актуальной проблемой. Изучение дафний имеет крайне важное значение для экологических исследований, поскольку они являются ключевым видом для многих пресноводных экосистем и могут служить своеобразным индикатором состояния среды.

Исследование реки Омшанка проводилось в августе-сентябре 2015 года.

Отборы проб проводились в 3 точках:

1 точка: левый берег реки Омшанка вблизи деревни Ахтуба;

2 точка:вблизи Соболековского тракта, гаражный кооператив «Соболековский»;

3 точка:ул. Береговая, вблизи Каймановского леса.

1

2

3

Рисунок 1- Точки отбора проб воды

2.2. Результаты исследования

Ход работы

Для проведения эксперимента взялиБерут 3 сосуда для исследуемой воды сосуда для контрольной пробы, не содержащей токсичных веществ. Налили в них по 100 мл исследуемой воды и по 100 мл чистой воды для контроля.

Воду профильтровали через фильтроваль­ную бумагу. В качестве контрольной воды использовали водопроводную воду с отстаиванием в течение 7 суток.

В каждый сосуд поместили по 10 особей дафний (односуточных). Их  мы перенесли стеклянной трубкой диаметром 7 мм, погрузив его в воду.Повторность трехкратная. Дафний во время эксперимента не кормили. Учет выживших дафний проводили через 1, 6, 24, 48, 72 и 96 часов. При определении зоны загрязнения водоема учитывали поведение дафний (Таблица 1.)

Таблица 1 - Биоиндикация с использованием дафний

Зона загрязнения	Индикационные изменения у дафний
1я ‒ сильное загрязнение (приближенная к источнику загрязнения)	Частичная гибель особей, особи держатся в природном слое, часть теряет активность, наблюдаются случаи «вертячки». Отмечается осадок на антеннах, забитые фильтрационные аппараты. Гибнущие особи имеют розовую диффузную окраску
2я ‒среднее загрязнение	Повышение активности сменяется угнетением, дафнии периодически залегают на дно, особи имеют пустой кишечник, мутно-желтую окраску, сердцебиения ослаблены, отсутствуют жировые капли
3я ‒ слабое загрязнение (удаленная от источника)	Наличие повышенной активности у отдельных особей, у остальных ‒ периоды активности сменяются нормальным состоянием; кишечник слабо наполнен

Цель эксперимента: наблюдение за поведени­ем особей и подсчет погибших дафний в опытных и контрольных про­бах:

Таблица 2- Эксперимент № 1

Точка отбора	Время от начала биотестирования	Количество выживших		Смертность дафней в опыте, % к контролю
		контроль	опыт
Точка 1: левый берег реки Омшанка вблизи деревни Ахтуба	1 час	10	10	0%
	6 часов	10	10	0%
	24 часа	10	7	30%
	48 часов	10	7	30%
	72 часа	10	7	30%
	96 часов	10	6	40%
			8	20%

Рисунок 1 – Количество выживших особей

Вывод:нашли среднее арифметическое число выживших дафний в контроле и опыте. Для расчета процента гибели дафний в опыте по отношению к контролю использовали формулу:

Х₁-Х₂/Х_2,

где Х₁ — среднее арифметическое число выживших дафний в контроле; Х₂ — среднее арифметическое число выживших дафний в опыте.

Так как в пробе погибло 30% дафний, что свидетельствует об слаботоксичности воды в данных образцах. Зона загрязнения- 2-я (Повышение активности сменяется угнетением, дафнии периодически залегают на дно).

Таблица 3- Эксперимент № 2

Точка отбора	Время от начала биотестирования	Количество выживших		Смертность дафней в опыте, % к контролю
		контроль	опыт
Точка 2: вблизи Соболековского тракта, гаражногокооператива	1 час	10	9	10%
	6 часов	10	7	30%
	24 часа	10	4	60%
	48 часов	10	3	70%
	72 часа	10	3	70%
	96 часов	10	3	70%

Рисунок 2 – Количество выживших особей

Вывод:В результате получили следующую реакцию тест-объекта на тестируемую воду: - спустя 1 час после начала тестирования погила 1 особь ;- спустя 6 часов количество погибших особей составило -3; спустя 24 часа погибло 6 особей (всего от начала тестирования), что составило 60% особей, помещенных в тестируемую воду.В связи с гибелью 50% особей спустя сутки, тестирование прекратили. Гибель особей в таком и большем количестве в любой период тестирования говорит об остром токсическом действии тестируемой воды на тест-объект. По отношению к контролю за время тестирования погибло 70 %, т.е. проба воды оцени­вается как токсичная.Зона загрязнения- 1-я (особи держатся в природном слое, часть теряет активность, наблюдаются случаи «вертячки»).

Таблица 4- Эксперимент № 3

Точка отбора	Время от начала биотестирования	Количество выживших		Смертность дафней в опыте, % к контролю
		контроль	опыт
Точка 3: ул. Береговая, вблизи Каймановского леса	1 час	10	10	0%
	6 часов	10	10	0%
	24 часа	10	9	10%
	48 часов	10	9	10%
	72 часа	10	8	20%
	96 часов	10	8	20%

Рисунок 3 – Количество выживших особей

Вывод:так как в пробе погибло 20% дафний, что свидетельствует об отсутствии токсичности в данных образцах воды.Зона загрязнения- 3-я (Наличие повышенной активности у отдельных особей, у остальных ‒ периоды активности сменяются нормальным состоянием).

Результаты эксперимента

Рисунок 3 –Результаты эксперимента

Точка 1 – д. Ахтуба – вода слаботоксичная. Зона загрязнения- 2-я.

Точка 2 – Соболековский тракт – вода сильнотоксичная. Зона загрязнения- 1-я.

Точка 3 – ул. Береговая- вода не токсичная. Зона загрязнения- 3-я.

Точки 1 и 2 практически на всем протяжении реки на расположены населенные пункты: точка 1 – деревня Ахтуба, вблизи (в оврагах) имеются свалки бытовых отходов; точка 2: находятся 2 пункта АЗС, гаражный кооператив, зимой на данную точку вывозят городской снег;

Точка 3: вода разбавляется родниками из Каймановского леса.

Заключение

Наша работа может стать частью более масштабного проекта по применению пресноводных планктонных ракообразных в исследованиях с применением биоиндикации. В последнее время экологические загрязнения среды стали очень актуальной проблемой. С каждым днем  положение все ухудшается и ухудшается. Но вместо того, что бы при каждом выбросе отходов проводить ряд химических реакций, проще проверять степень загрязнения воды на рачках, водящихся почти во всех пресных водоемах. Изменение в поведении дафний позволяет быстро установить факт загрязнения воды.

Литература

1. Мелехова, О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.П. Мелехова [и др.]. ‒ М.: Издательский центр «Академия», 2007. 288 с.

2. Бубнов, А.Г. Биотестовый анализ – интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды: учебно-методическое пособие / А.Г. Бубнов [и др.]; под общ. ред. В.И. Гриневича; ГОУ ВПО Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2007. ‒ 112 с.

3. Афанасьев Ю.Я. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: Учеб.пособие в двух частях: Часть 2. Специальная / Ю.А. Афанасьев[и др.] ‒ М: Изд-во МНЭПУ, 2001 ‒ 337 с.

4. Семенченко, В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод / В.П. Семенченко Мн.: Орех, 2004, 125 с.

5. Шеховцова Т.Н. Биологические методы анализа / Т.Н. Шеховцова // Соросовский образовательный журнал, том 6, №11, 2000, С. 17-21.

6. Радченко, Н.М. Методы биоиндикации в оценке состояния окружающей среды / Н.М. Радченко, А.А. Шабунов. – Вологда: Издательский центр ВИРО, 2006. – 148 с.

11