CC BY
78
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
БИОТЕСТИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОЗЕРА КОПА С ПОМОЩЬЮ КЛЕТОК CHLORELLA SP-3K Онерхан Г.1, Дурмекбаева Ш.Н.2, Ахметова Н.П.3 Em ail: [email protected]
'Онерхан Гулжайна — кандидат биологических наук, старший преподаватель; 2Дурмекбаева Шынар Нурлыбековна - кандидат биологических наук, доцент; 3Ахметова Нургуль Пернебековна — доктор PhD, старший преподаватель, кафедра биологии и методики преподавания, Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова, г. Кокшетау, Республика Казахстан
Аннотация: в статье приводятся результаты исследования экологического состояния озера Копа. Изучены индексы загрязненности воды и гидрохимический состав воды в озере «Копа». Проведено биотестирование озер по штамму Chlorella sp-3K, который отличается быстрой размножаемостью и очищающей способностью загрязнений природных вод. В результате сравнения результатов биотестирования выявлено, что воды озера Копа высокотоксичны; рост клеток низкий, 6,5±0,35 млн/мл. По полученным нами данным, превышение ПДК некоторых соединений в озерной воде Копа оказывает прямое воздействие на рост дикого штамма Chlorella sp-ЗК.
Ключевые слова: загрязнение, озеро Копа, гидрохимический анализ, биотестирование, штамм, Chlorella sp-ЗК.
KOPA LAKE POLLUTION BIOTESTING USING CHLORELLA SP^ CELLS Onerkhan G.1, Durmekbaeva Sh.N.2, Akhmetova N.P.3
'Onerkhan Gulzhayna - Candidate of biological sciences, Senior Lecturer; 2Durmekbaeva Shynar Nurlybekovna - Candidate of biological sciences, Associate Professor; 3Akhmetova Nurgul Pernebekovna - Dr. PhD, Senior Lecturer, BIOLOGY AND TEACHING METHODS DEPARTMENT, SH. UALIHANOV KOKSHETAUSTATE UNIVERSITY, KOKSHETAU, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the article presents the results of studies of the ecological state of Lake Kopa. The index of water pollution and the hydrochemical composition of water in Lake Kopa were studied. Biotesting of the lakes was carried out is especial on strain Chlorella sp-3K, distinguished fast duplicate and clearing ability of pollution of natural waters. Comparing results of biotesting, is revealed, that waters of lake Коpа highly are toxic; growth of crates too low, up to 6,5 mln/ml. Our data, the excess of the MPC of some compounds in Lake Copa has a direct effect on the growth of the wild strain Chlorella sp-3K.
Keywords: pollution, lake Kopa, hydrochemical analysis, biotesting, strain, Chlorella sp-3K.
УДК 574.24
Установление контроля за содержанием токсикантов в окружающей среде химическими методами представляет определенные трудности, кроме того, физико-химические методы индикации состояния окружающей среды не дают непосредственного ответа на вопрос о возможном отклике экосистем на те или иные загрязнения [1]. В связи с этим, большое значение приобретают методы биологического анализа воды, почв и воздуха, в которых водоросли, благодаря стенотопности многих видов, их высокой чувствительности к условиям окружающей среды, играют важную роль.
Для тестирования вод различной степени загрязненности перспективно использование альгологически чистых культур микроводорослей Chlorella, Scenedesmus, Chlamydomonas и др; из синезеленых водорослей - Microcystis phanizomenon, Anabaena; из эвгленовых водорослей -Euglena gracilis и из диатомовых водорослей Stephanodiscus Hantzshii и т.д. [2].
Одно из основных преимуществ использования одноклеточных эукариот заключается в высокой скорости их размножения, что позволяет в лабораторных условиях наблюдать за клеточной популяцией на протяжении многих поколений.
Материалы исследований. Материалом для данной работы послужили пробы воды, отобранные авторами в период 2014-2019 годов.
Объект исследования. Озеро Копа и штамм Chlorella sp-3K.
Методы исследования. В исследованиях были использованы гидрохимические методы и методы биотестирования.
Экологическое состояние озера «Копа» было оценено по опубликованным данным лабораторных исследований Казгидромета, а также данным собственных исследований. Анализ данных осуществлялся по усредненным показателям. Точки отбора проб были установлены с учетом гидрометрических и морфометрических особенностей водоема, расположения источника загрязнения, объема и состава сбрасываемых сточных вод и в соответствии с правилами охраны поверхностных вод от загрязнения. Отбор проб воды проводился в соответствии с межгосударственным стандартом ГОСТ 31861-2012 Вода [3].
При определении микроводорослей были использованы определители из серии «Определители пресноводных водорослей СССР» под редакцией Голлербаха М.М., «Определитель протококковых водорослей Средней Азии», «Определитель сине-зеленых водорослей Средней Азии» [4, 5, 6]. Количественный учет организмов проводили общепринятыми в водной микробиологии методами [7].
Результаты исследования.
Озеро Копа находится возле города Кокшетау в Акмолинской области Казахстана. Его глубина достигает от двух до трех метров, а общая площадь составляет 14 км2. В озеро впадает река Кылшакты, река Чаглинка, на дне озера также бьют ключи, питающее его. Водоем проточного типа, летом не пересыхает. Размеры озера: 5,4 км по наиболее длинной стороне и 3,3 км по ширине. Амплитуда колебания воды в озере составляет 0,5—1,5 м.
По химическому составу воды озера характеризуются как хлоридные, натриевокалиевые, минерализация - от 1,9 до 2,6 мг/л, жёсткость воды - 13,8 19,8 кг/экв (очень жёсткая), вода щелочная, обладает агрессивностью к бетонам. Берега озера с восточной и северной стороны пологие, низкие, поросшие травой. С юга и запада берега озера отделены от равнинной части валами. На юге и западе береговая часть водной глади поросла тростником, остальная часть озера чистая. Вода в озере щелочная, она характеризуется как агрессивная к бетонам. В связи с близостью города, озеро все сильнее загрязняется и мелеет, так как его воды используются для хозяйственных нужд. Пляжи на берегу водоема являются единственным местом пляжного отдыха жителей города. Сейчас ведется активная работа природоохранительных органов города и средств массовой информации по сохранению чистоты вод озера.
В сложившейся ситуации контроль состояния экосистемы озера Копа и качества его вод является весьма важной задачей. Проводимый на Копе в рамках экологического мониторинга контроль качества воды по химическим показателям, несомненно, имеет большое значение, но недостаточен для выявления направления процессов, происходящих в экосистеме озер. Наиболее полное представление о состоянии экосистемы Копа может дать сочетание химического и биологического мониторинга.
В таблице 1 представлены результаты по концентрациям загрязняющих веществ в сравнении с их предельно допустимыми концентрациями (ПДК), т.е. дан класс загрязнений.
Таблица 1. Результаты химического анализа воды в озере Копа
№ Наименование показателей Нормы ПДК Фактическая концентрация
1 Кадмий 0,001 менее 0,0001
2 Железо общее 0,3 (1,0) 0,93
3 Марганец 0,1 (0,5) 0,043
4 Медь 1 1,2
5 Никель 0,1 менее 0,001
6 Свинец 0,03 менее 0,0003
7 Цинк 5 0,005
8 Мышьяк 0,05 -
10 Сульфаты 500 2255
11 Нитраты 73,4 375
12 Хлориды 350 980
13 Нефтепродукты 0,06 0,0004
14 Фториды 1,5 11,8
Как видно, в озере Копа наблюдается превышение ПДК для нитратов в 5 раз, фторида - в 10 раз, хлориды - в 3 раза, общее железо - в 3 раза и сульфатов - в 4,5 раза.
Озеро Копа находится под огромной антропогенной нагрузкой. В итоге, значение ИЗВ для озера Копа равно 2,4, что позволяет характеризовать оз. Копа как водоем 4 класса качества воды, грязное.
Нами, параллельно с химическим анализом воды, проведено ее биотестирование с использованием штамма дикого типа зеленой одноклеточной водоросли Chlorella sp-ЗК. Критерием оценки качества воды при использовании нашей модели являлись показатели роста микроводоросли хлорелла в пробах испытуемой воды.
Биотестирование включало следующие операции: приготовление контрольных и опытных сред, внесение в них клеток тест-организма (клепки хлореллы штамма Chlorella sp.- 3К), изучение динамики роста клеток в течение 8 дней, сравнительный анализ полученных данных.
Для приготовления культуральной среды в чистую контрольную и в воду из озера Копа добавлялись необходимые для питания клеток минеральные соли в количествах, соответствующих таковым в стандартной среде 04. Клетки микроводорослей культивировали на этих средах в течение 8 дней для изучения динамики их роста. Для исследования были взяты 2 варианта воды озера. В 1 варианте озерная вода взята в разведении в 1:2 раза, а во втором варианте - в исходном состоянии. Число внесенных клеток хлореллы во всех вариантах было одинаковым и составляло от 5 х 106 до 8,2 х 106 в 1 мл. В варианте 1 на вторые сутки отмечалось незначительное увеличение числа клеток дикого штамма Chlorella sp.-ЗК. Однако, в последующие сутки роста клеток не наблюдалось. В варианте 2 рост клеток не наблюдается во все сроки наблюдений (табл. 2, рис. 1).
Таблица 2. Рост клеток Chlorella sp-3K на воде озера Копа в различных разведениях
Пробы Количество клеток на 1 мл в сутки
0 2 4 6 8
Контроль 5х106±0,6 17,4х106±0,45 22,5х106 ±0,52 22,5х106 ±0,8 21,5х106 ±0,65
1 вариант 5 х106±0,6 8,2 х106±0,56 10,8 х106 ±0,39 9,8 х106±0,6 9 х106±0,4
2 вариант 5 х106±0,6 6,2 х106±0,26 6,5 х106 ±0,35 5,1 х106 ±0,6 3,5 х106 ±0,5
В контрольной группе число клеток дикого штамма Chlorella sp.-ЗК на 4 сутки составило 22,5 х 106 в 1 мл.
Рис. 1. Динамика роста клеток Chlorella sp-ЗК на воде озера Копа в различным разведениях
Согласно полученным нами данным, превышение ПДК некоторых соединений в озерной воде Копа оказывает прямое воздействие на рост дикого штамма Chlorella sp-ЗК.
Это означает, что штамм дикого типа Chlorella sf-ЗК, демонстрирующий высокую чувствительность к загрязнителям воды озера Копа, может быть рекомендован к использованию как модельный объект для биотестирования загрязненных водоемов.
Список литературы / References
1. Горбунова Н.П. Альгология. М.: Наука, 1991. 265 с.
2. Gaur A.G. Algal culture in organic wasters // Proc. Nat. Acad. Sci. India, 1965. Vol. 35. № 3. P. 370-372.
3. Информационные бюллетени о состоянии окружающей среды. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: kazhydromet. kz/ru/ bulleten/okrsreda/ (дата обращения: 16.09.2019).
4. Музафаров А.М., Эргашев А.Э., Халилова С.Х. Определитель сине-зеленых водорослей Средней Азии. Ташкент: Фан, 1987. Т. 3. С. 815-1215.
5. Эргашев А.Э. Определитель протококковых водорослей Средней Азии. Ташкент: Фан, 1979. Ч. I. 343 с.
6. Определитель пресноводных водорослей СССР / Отв. ред. М.М. Голлербах. Л.: Наука, 1951. С. 1 -14.
7. Крайнюкова А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения // Методы биотестирования вод. Черноголовка, 1988. С. 4-14.
