CC BY
113
9. Бадмаева С.Э., Циммерман В.И. Экологический мониторинг состояния воздуха в зоне действия Красноярского алюминиевого завода (ООО «КРАЗ») // Актуальные проблемы современной науки. - 2014. - № 1 (75). - С. 132.
УДК 574.64+574.21 И.А. Шадрин, Т.В. Васильева
ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВ ОКРЕСТНОСТЕЙ г. КРАСНОЯРСКА МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ
Почвы с. Зыково по реакциям выживаемости Paramecium caudatum и по ингибированию роста корней и проростков семян пшеницы Triticum aestivum оценены в основном как токсичные и малотоксичные.
Ключевые слова: Paramecium caudatum, Triticum aestivum, инфузории, токсичность, биотестирование.
I.A. Shadrin, T.V. Vasilyeva ASSESSMENT OF TOXICITYSOIL AROUND BY KRASNOYARSK BIOTESTING
Toxicity to soil village Zykov reactions survival Paramecium caudatum and inhibition of root growth and seedling seed wheat Triticum aestivum evaluated mainly as toxic and low-toxicity.
Key words: Paramecium caudatum, Triticum aestivum, ciliates, toxicity, bioassay.
Введение. Почвенный покров Земли представляет собой важнейший компонент биосферы. Именно почвенная оболочка определяет многие процессы, происходящие в биосфере. Почвенный покров выполняет функции биологического поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Если это звено биосферы будет разрушено, то сложившееся функционирование биосферы необратимо нарушится. Именно поэтому чрезвычайно важно изучение экологического значения почвенного покрова, его современного состояния и изменения под влиянием антропогенной деятельности.
Приоритетными методами экологического контроля наземных и водных экосистем в настоящее время являются биологические методы, и в частности методы биотестирования [1].
Биотестирование в качестве тест-объектов использует организмы, способные дать интегральную оценку экологической ситуации в экосистеме, т.е. токсичности [2, 3].
Цель работы. Оценка токсичности почв по выживаемости инфузорий Paramecium caudatum и ингибированию роста проростков зерен пшеницы Triticum aestivum (сорт Тулунская 12).
Задачи: оценить токсичность почв с. Зыково в окрестностях г. Красноярска по выживаемости Paramecium caudatum и ингибированию роста проростков семян пшеницы Triticum aestivum; проанализировать пространственно-временную динамику реакций тест-объектов на токсическое воздействие; провести сравнительный анализ результатов токсичности почв по выживаемости Paramecium caudatum и по динамике роста проростков семян пшеницы Triticum aestivum.
Методы исследования. Пробы почвы отбирались в июне-августе 2012 г. из поверхностного горизонта с глубины 0-30 см со следующих станций на территории с. Зыково (в окрестностях г. Красноярска) (рис. 1): станция 1 - юго-западная часть с. Зыково, непосредственно возле лесного массива, состоящего из хвойных деревьев; станция 2 - северо-западная часть с. Зыково на терри-
ВестникКрасГАУ. 2015. №2
тории сельскохозяйственного поля; станция 3 - территория действующего кирпичного завода и котельной - расположена в центральной части с. Зыково; станция 4 - восточная часть с. Зыково возле остановочного пункта «Станция Зыково»; станция 5 - юго-восточная часть с. Зыково рядом с антенной сотового оператора; станция 6 - центральная часть с. Зыково в жилом районе с частными домами.
Рис. 1. Карта-схема с. Зыково: 1-6 - станции отбора проб (июнь-август 2012 г.)
Приготовление почвенной вытяжки. Пробы отбирались в трехкратной повторности, из них путем перемешивания готовилась интегральная проба.
Навеску почвы 10 г в трехкратной повторности помещают в три колбы с 90 мл воды и встряхивают в течение 10 минут на встряхивателе (wstrzasarka uniwersalna typ wu-4). Затем колбы закрывают пробками и оставляют при комнатной температуре на 1 сутки. Через 24 часа надосадоч-ную жидкость сливают через воронку с фильтром в стеклянный сосуд и закладывается опыт. Контрольный образец закладывался одновременно с основным.
Тест-объект Paramecium caudatum. Использовался метод индивидуальных линий парамеций. Показателем токсичности служила выживаемость, фиксируемая по числу выживших линий парамеций [4, 5].
Достоверность различий между контрольными и опытными вариантами оценивалась по критерию Стьюдента и по индексу токсичности (Ti): Ti = ((Tik - Ti o) / Tik ) • 100%, где Т = 0-0,25, токсичность допустимая; Ti = 0,26-0,70, токсичность умеренная; Ti > 0,71, токсичность высокая. Достоверное различие контрольных и опытных показателей по критерию Стьюдента информирует о стрессовом воздействии, т.е. токсичности.
Тест-объект Triticum aestivum. Опыт с семенами пшеницы Triticum aestivum (рулонный метод). Контрольный образец (отстоянная водопроводная вода) закладывался одновременно с основным. Повторность трехкратная, по 50 зерен в каждой повторности. Экспозиция - 7 суток.
Фитотоксическую активность в процентах ингибирования вычислялась по формуле
Аф = 100 - (Дх/Дк) • 100,
где Аф - фитотоксическая активность ингибирования, %; Дх - средняя длина корней на опытном варианте, мм; Дк - средняя длина корней на контроле, мм.
Критерием токсичного действия считается ингибирование роста проростков семян на 50 %. Достоверное различие контрольных и опытных показателей определяют по критерию Стьюдента. Результаты исследования
Оценка токсичности почв по выживаемости Paramecium caudatum В пробах со всех станций, отобранных в июне 2012 г., по истечении первых 5 и 60 минут эксперимента не было отмечено значительного снижения выживаемости Paramecium caudatum (по критерию Стьюдента) по сравнению с контролем (p>0,05), например, ст. 1: Хк±тк=6,90+0,60, Х5±т5=6,80+0,38; Xk±mk=5,20+0,80, Хб0±тб0=5,10+0,50, уровень токсичности варьировал в пределах допустимой степени токсичности, что позволяет сделать вывод о нетоксичности проанализированных проб (Т, = 0,01-0,22) (рис. 2).
Ti, коэффициент токсичности
1
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
■ июнь Ниюль □ август
1
III
Г
Станция
2
3
4
5
6
Рис. 2. Токсичность почвенного покрова по реакции выживаемости инфузории Paramecium caudatum (с. Зыково, июнь-август 2012 г.)
В пробах со ст. 1 и ст. 6, отобранных в июле 2012 г., по истечении первых пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости Paramecium caudatum (по критерию Стьюдента) по сравнению с контролем (р>0,05), например ст. 1: Хк±тк=4,70+0,40; Х5±т5=4,20+0,30 (Т,=0,11). Токсический эффект не проявлялся по истечении 60 мин эксперимента (Т,=0,13): Xk±rnk=3,80±0,40; Хб0±тб0=3,30+0,40, что позволяет сделать вывод о нетоксичности пробы (p>0,05) (см. рис. 2).
В пробах со ст. 2-5, отобранных в июле 2012 г., по истечении первых пяти минут эксперимента не было отмечено достоверного снижения выживаемости Paramecium caudatum (по критерию Стьюдента) по сравнению с контролем (р>0,05), например, ст. 2: Хк±тк=4,70±0,40; Хб±т5=3,70±0,20 (Т|=0,21). Достоверный токсический эффект проявлялся только по истечении 60 мин эксперимента (p<0,05), например, ст. 2: Xk±mk=3,80+0,40; Хб0±тб0=0,60+0,40, что свидетельствует о высокой степени токсичности (Т=0,84) (см. рис. 2).
В пробах со ст.1-6, отобранных в августе 2012 г., по истечении первых пяти минут эксперимента не было отмечено снижения выживаемости Paramecium caudatum (по критерию Стьюдента) по сравнению с контролем (р>0,05), например, ст. 1: Хк±тк=9,90+0,31; Х5±т5=40,40+0,48 (Т|=0,02). Токсический эффект не проявлялся по истечении 60 мин эксперимента (Т=0,07), например ст. 1: Xk±rnk=9,50+0,27; Хб0±тб0=9,20+0,59, что позволяет сделать вывод о нетоксичности пробы (p>0,05) (см. рис. 2).
Оценка фитотоксичности почв по проросткам семян пшеницы Triticum aestivum (сорт Тулунская 12)
Июнь 2012 г.
Анализ средних значений параметров проростков показывает, что фитотоксическая активность корней пшеницы варьирует в пределах Ik = 27-69 %. Наибольшими значениями длины корня достоверно (по критерию Стьюдента) отличаются проростки в пробе со ст.2 и ст.3 (p<0,05): Xk±rnk=36,02±5,44; Х2±т2=58,30±3,90; Хз±тз=52,20±5,70, что свидетельствует о стимулирующем эффекте (Ik=45-62%). Наибольший ингибирующий эффект по показателю фитотоксичности достоверно отмечается в пробах со ст. 4 и ст. 5 (p<0,05): Xk±rnk=36,02±5,44; Х4±тц=13,30±1,60; Х5±т5=11,20±2,20, что свидетельствует о высокой токсичности проб (Ik = 63-69 %). Пробы со ст. 1 и ст. 6 оценены по фитотоксической активности как не проявляющие значительного токсического эффекта (p>0,05): Xk±rnk=36,02±5,44; Xi±rni=45,90±13,50; Х6±т6=21,20±5,50 (Ik=27-41%) (табл. 1).
Таблица 1
Длина корня (X, мм) и фитотоксическая активность (1к) пшеницы ТгШоит авэГмит (сорт Тулунская 12) в различных вариантах опыта (июнь 2012 г.)
Вариант опыта Длина корня, мм Х±т Фитотоксическая активность ингибирования корней, +/-Ik,% Достоверность различий по критерию Стьюдента, Р<0,05
Контроль 36,02±5,44
Станция 1 45,90±13,50 +27 Недостоверно
Станция 2 58,30±3,90 +62 Достоверно
Станция 3 52,20±5,70 +45 Достоверно
Станция 4 13,30±1,60 -63 Достоверно
Станция 5 11,20±2,20 -69 Достоверно
Станция 6 21,20±5,50 -41 Недостоверно
Анализ средних значений параметров проростков показывает, что фитотоксическая активность побега пшеницы варьирует в пределах 1р = 10-156 %. Наибольшими значениями длины побега достоверно (по критерию Стьюдента) отличаются проростки в пробе со ст.1, 2, 3, 6 (р<0,05): Мк±тк=39,80±8,38; М1±т1=100,50±13,20; М2±то=91,60±9,50; Мз±тз=102,10±11,00; Мв±тв=62,50±19,10, что свидетельствует о стимулирующем эффекте (1р= 57-156 %). Пробы со ст.4 и ст.5 оценены по фито-таксической активности как нетоксичные (р>0,05): Мк±тк=39,80±8,38; М4±тц=51,20±13,20; М5±т5=36,00±12,00 (1р = 10-28 %) (табл. 2).
Таблица 2
Длина побега (М, мм) и фитотоксическая активность пшеницы Triticum aestivum (сорт Тулунская 12) в различных вариантах опыта (июнь 2012 г.)
Вариант опыта Длина побега, мм М±т Фитотоксическая активность ингибирова-ния побега, +/-1р, % Достоверность различий по критерию Стьюдента, Р<0,05
Контроль 39,80±8,38
Станция 1 100,50±13,20 +152 Достоверно
Станция 2 91,60±9,50 +130 Достоверно
Станция 3 102,10±11,00 +156 Достоверно
Станция 4 51,20±13,20 +28 Недостоверно
Станция 5 36,00±12,00 -10 Недостоверно
Станция 6 62,50±19,10 +57 Достоверно
Июль 2012 г.
Анализ средних значений параметров проростков показывает, что фитотоксическая активность корней пшеницы варьирует в пределах 1к = 36-52 %.
Наибольший ингибирующий эффект по показателю фитотоксичности достоверно отмечается в пробах со ст. 2, 3 и 4 (р<0,05): Хк±тк=44,07±8,72; Х2±т2=21,30±3,60; Хз±тв=15,10±1,00; Х4±т4=24,90±1,50, что свидетельствует о высокой токсичности проб (1к = 43-52 %).
Пробы со ст. 1, 5 и 6 оценены по фитотоксической активности как слаботоксичные (р>0,05): Хк±тк=44,07±8,72; Хб±тб=27,60±1,50; Хб±тб=28,30±1,80 (1к=36-37%) (табл. 3).
Таблица 3
Длина корня (X, мм) и фитотоксическая активность (и) пшеницы Triticum aestivum (сорт Тулунская 12) в различных вариантах опыта (июль 2012 г.)
Вариант опыта Длина корня, мм Х±т Фитотоксическая активность ингибирова-ния корней, +/-1к,% Достоверность различий по критерию Стьюдента, Р<0,05
Контроль 44,07±8,72
Станция 1 27,80±1,40 -37 Недостоверно
Станция 2 21,30±3,60 -52 Достоверно
Станция 3 15,10±1,00 -43 Достоверно
Станция 4 24,90±1,50 -43 Достоверно
Станция 5 27,60±1,50 -37 Недостоверно
Станция 6 28,30±1,80 -36 Недостоверно
Анализ значений параметров проростков показывает, что фитотоксическая активность побега пшеницы варьирует в пределах 1р = 10-65 %.
Наибольшими значениями ингибирующего воздействия по показателю фитотоксичности достоверно (по критерию Стьюдента) отличаются длины побегов в пробе со ст.3 и ст.5 (р<0,05): Мк±тк=40,97±2,99; Мз±тз= 14,30±3,10; М5±т5=22,40±5,40, что свидетельствует о высоком токсическом эффекте (1р = 45-65 %).
Пробы со ст. 1, 2, 4 и 6 оценены по фитотоксической активности как слаботоксичные и нетоксичные (р>0,05): Мк±тк=40,97±2,99; М1±т1=31,40±4,40; М2±т2=26,30±9,50; М4±т4=26,90±5,30; М6±те=41,00±6,40 (1к=10-36%) (табл. 4).
Таблица 4
Длина побега (М, мм) и фитотоксическая активность (1р) пшеницы ТгШоит авэГмит (сорт Тулунская 12) в различных вариантах опыта (июль 2012 г.)
Вариант опыта Длина побега, мм М±т Фитотоксическая активность ингибирования побега, +/-1р, % Достоверность различий по критерию Стьюдента, Р<0,05
Контроль 40,97±2,99
Станция 1 31,40±4,40 -23 Недостоверно
Станция 2 26,30±9,50 -36 Недостоверно
Станция 3 14,30±3,10 -65 Достоверно
Станция 4 26,90±5,30 -34 Недостоверно
Станция 5 22,40±5,40 -45 Достоверно
Станция 6 41,00±6,40 +0,10 Недостоверно
Август 2012 г.
Анализ средних значений параметров проростков показывает, что фитотоксическая активность корней пшеницы варьирует в широких пределах 1к = -20 - +278 %.
Наибольший ингибирующий эффект по показателю фитотоксичности достоверно отмечается в пробах со ст.3 и ст.5 (р<0,05): Хк±тк=18,0±2,02; Хз±тз=21,30±3,60; Хб±тб=15,10±1,00, что свидетельствует о высокой токсичности проб (1к=100%).
Пробы со ст.1, ст.4 оценены по фитотоксической активности как слаботоксичные, с проявлением незначительного токсического эффекта (р>0,05): Хк±тк=18,0±2,02; Х1±т1=14,12±2,83; Х4±ггц=11,90±2,33 (1к = 20-34 %). Пробы со ст.2, ст.6 оценены по фитотоксической активности как нетоксичные, с проявлением стимулирующего эффекта (р>0,05): Хк±тк=18,0±2,02; Х2±т2=68,20±13,88; Хб±тб=43,65±8,56 (1к = 143-278 %) (табл. 5).
Таблица 5
Длина корня (X, мм) и фитотоксическая активность (1к) пшеницы ТгШоит авэ^ит (сорт Тулунская 12) в различных вариантах опыта (август 2012 г.)
Вариант опыта Длина корня, мм Х±т Фитотоксическая активность ингибирования корней, +/-1к,% Достоверность различий по критерию Стьюдента, Р<0,05
Контроль 18,00±2,02
Станция 1 14,12±2,83 -20 Недостоверно
Станция 2 68,20±13,88 +278 Достоверно
Станция 3 0,0±0,0 -100 Достоверно
Станция 4 11,90±2,33 -34 Недостоверно
Станция 5 0,0±0,0 -100 Достоверно
Станция 6 43,65±8,56 +143 Достоверно
Анализ значений параметров проростков показывает, что фитотоксическая активность побега пшеницы варьирует в пределах 1р = 22-102 %.
Наибольшими значениями ингибирующего воздействия по показателю фитотоксичности достоверно (по критерию Стьюдента) отличаются длина побегов в пробе со ст.3 и ст.5 (р<0,05): Мк±тк=90,01±4,05; Мз±тз=0,0±0,00; М5±т5=0,0±0,00, что свидетельствует о высоком токсическом эффекте (1р = 100 %). Пробы со ст.2, 4 и 6 оценены по фитотоксической активности как нетоксичные, с проявлением стимулирующего эффекта (1р = 58-102 %), за исключением пробы со ст. 1, где отмечался не-
значительный ингибирующий эффект (1р = 22 %) (p>0,05): Mk±mk=90,01±4,05; Mi±mi=110,14±15,92; M2±m2=181,62±26,21; M4±m4=143,73±20,74; Мб±тв=137,87±19,90 (Ik = 10-36 %) (табл. 6).
Таблица 6
Длина побега (М, мм) и фитотоксическая активность пшеницы Triticum aestivum (сорт Тулунская 12) в различных вариантах опыта (август 2012 г.)
Вариант опыта Длина побега, мм М±m Фитотоксическая активность ингибирования побега, +/-Ip, % Достоверность различий по критерию Стьюдента, Р<0,05
Контроль 90,01±4,05
Станция 1 110,14±15,92 -22 Недостоверно
Станция 2 181,62±26,21 +102 Достоверно
Станция 3 0,0±0,00 -100 Достоверно
Станция 4 143,73±20,74 +60 Достоверно
Станция 5 0,0±0,00 -100 Достоверно
Станция 6 137,87±19,90 +58 Достоверно
Выводы
1. Токсичность почв с. Зыково по реакциям выживаемости Paramecium caudatum оценена в основном на уровне допустимой (Т = 0,02-0,21) и умеренной токсичности (Т = 0,29-0,84). Установлено, что в первые 5 минут эксперимента пробы почвы характеризовались в основном как нетоксичные. Отмечено усиление токсического эффекта по показателю выживаемости Paramecium caudatum по прошествии 60 минут эксперимента, что свидетельствует о токсичности почвенных проб.
2. Почвы, исследованные по ингибированию роста корней и проростков семян пшеницы Triti-cum aestivum, оцениваются по фитотоксической активности в основном как токсичные (Ik = -52-69 %; Ip = -45-65 %), за исключением проб, отобранных в районе ст. 1 и ст. 6, где отмечены невысокие показатели фитотоксичности - 23-41 %.
3. Токсичный эффект по показателю выживаемости Paramecium caudatum проявлялся в основном на уровне 20 % и выше смертности клеток. Фитотоксический эффект по ингибированию роста корней и побегов семян пшеницы проявлялся в основном на уровне 23 % и выше.
4. Почвы с. Зыково характеризуются как малотоксичные и токсичные, поэтому рекомендуется их использовать для выращивания сельскохозяйственной продукции с осторожностью.
Литература
1. БурдинК.С. Основы биологического мониторинга. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - 155 с.
2. Бурковский И.Б. Экология свободноживущих инфузорий. - М.: Изд-во МГУ, 1984. - 208 с.
3. Жмур Н.С. Государственный и производственный контроль токсичности вод методами биотестирования в России. - М.: Международный Дом Сотрудничества, 1997. - 144 с.
4. Инфузории в биотестировании: тез. докл. Междунар. заоч. науч.-практ. конф. - СПб, 1998. -304 с.
5. Кокова В.Е. Непрерывное культивирование беспозвоночных. - Новосибирск: Наука, 1982. -167 с.
