Биотестирование загрязнения водной среды с использованием инфузории-туфельки

Размещено на http://www.allbest.ru/

6

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГИМНАЗИЯ №3 ИМЕНИ В.З.КОРЖА Г.ПИНСКА»

Научно-исследовательская работа

БИОТЕСТИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФУЗОРИИ-ТУФЕЛЬКИ

Подготовили:

Качановская Анна Мария

ученики 9 «Б» класса

Научный руководитель:

Вакулич Оксана Васильевна

учитель биологии

Пинск, 2016

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1.ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНОЙ СРЕДЫ И ЕГО ОЦЕНКА МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ

1.1Основные источники загрязнение водной среды

1.1.1 Характеристика основных загрязнителей водной среды

1.2Биотестирование как интегральная оценка загрязнения окружающей среды

1.2.1Задачи и приемы биотестирования

1.2.2Требования к методам биотестирования

2.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1Биология инфузории-туфельки

2.2Разведение инфузории в лаборатории

2.3Исследуемые критерии: выживаемость, адаптация, динамика роста

2.4Экспериментальное воздействие

2.4.1Определение токсичности различных проб воды по изменению численности простейших инфузории-туфельки

2.4.2Методика опыта по изучению влияния хлоридов и нитратов различных концентраций на динамику роста культуры инфузории-туфельки

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ

3.1Определение токсичности различных проб воды по изменению численности простейших инфузории-туфельки

3.2 Исследование динамики численности культуры инфузории- туфельки

3.2.1 Исследование динамики численности культуры инфузории-туфельки под влиянием хлоридов

3.2.2 Исследование динамики численности культуры инфузории-туфельки под влиянием хлоридов

3.3Оценка степени адаптация инфузории-туфельки к воздействию солей тяжелых металлов различных концентраций

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Постоянное возрастание антропогенной нагрузки на окружающую среду, в том числе в виде увеличивающихся объемов и номенклатуры загрязняющих веществ, обуславливает повышение требований, предъявляемых к методам и средствам контроля качества природной среды. Одним из параметров качества окружающей среды является токсичность -- основная характеристика вредности для живого.

Многообразные загрязняющие вещества, попадая в окружающую среду, могут претерпевать в ней различные превращения, усиливая или ослабляя при этом свое токсическое действие, которые невозможно выявить аналитическими методами. Это требует дополнения аналитических методов контроля биологическими методами [1].

Методы биоиндикации, позволяющие изучать влияние техногенных загрязнителей на растительные и животные организмы и неживую природу, являются наиболее доступными. Биоиндикация основана на тесной взаимосвязи живых организмов с условиями среды, в которой они обитают. Изменения этих условий, например повышение солености или рН воды, может привести к исчезновению определенных видов организмов, наиболее чувствительных к этим показателям и появлению других, для которых такая среда будет оптимальной. Различные виды живых существ показывают, чем загрязнена окружающая среда. Какой бы совершенной ни была современная аппаратура, она не может сравниться с ?живыми приборами?, реагирующими на те или иные изменения, отражающими воздействие всего комплекса факторов, включая сложные соединения различных ингредиентов.

Любая водная экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе водных сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния водоема позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью гидрофизических и гидрохимических методов невозможно. Оценка степени загрязнения водоема по составу живых организмов позволяет быстро установить его санитарное состояние, определить степень и характер загрязнения и пути его распространения в водоеме, а также дать количественную характеристику протекания процессов естественного самоочищения.

Одной из перспективных групп организмов-биоиндикаторов являются протисты, в том числе и инфузории. В отличие от химических и физико-химических методов анализа, биотестирование на инфузориях позволяет прогнозировать интегральное воздействие изучаемого объекта на живые организмы, поскольку реакция биологической тест-системы зависит не только от отдельных токсичных соединений, но и от их взаимодействия между собой. Инфузории играют значительную роль в пищевых цепях, в процессах самоочищения водоемов. Высокая чувствительность инфузорий к токсическому действию различных поллютантов позволяет обнаруживать загрязнения на самых ранних стадиях и при незначительных концентрациях [3].

Цель работы: Определить токсичность 5 образцов воды по изменению численности простейших -- инфузории-туфельки, хемотаксису инфузории-туфельки под воздействием различных проб воды. Применить полученные результаты для определения состояния водоемов

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Исследовать динамику роста культуры инфузории-туфельки при воздействии на нее хлоридов и нитратов;

2. Определить токсичность различныфх проб воды с помощью инфузории-туфельки;

3. Выявить степень адаптации культуры инфузории-туфельки

4. Показать целесообразность использования инфузории туфельки как тест-объекта в биотестировании.

Объект исследования: лабораторная культура инфузории туфельки (ParameciumcaudatumEhr.),нитраты, хлориды.

Предмет исследования: биотестирование загрязнения вод

Научная новизна: Изучена чувствительность инфузорий к основным загрязнителям вод (хлоридам, нитратам)

Научная и практическая значимость: полученные в работе данные могут быть использованы при разработке методов биотестирования химического загрязнения водной среды.

токсичность водоем проба вода инфузория

1 БИОТЕСТИРОВАНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ

Загрязнение воздуха и водной среды происходило на протяжение всей истории человечества. До последнего времени это не приносило большого вреда природе: органические отходы большей частью использовались в качестве удобрений, неорганических было сравнительно мало и они так или иначе использовались. Опасность возникла в XX в. с появлением крупных многомиллионных городов и развитием промышленности. За последние десятилетия большинство рек и озер мира было превращено в сточные канавы и отстойники нечистот [4].

1.1. Основные источники загрязнения воды

Бытовое загрязнение воды.

Чем выше уровень жизни, тем человек расходует больше воды. В менее развитых странах, к примеру, африканских, на человека приходится до 20 литров воды в день, а в таких странах, как США, человек тратит до 700 литров за сутки. Разница колоссальна. На что уходит такое непривычно огромное количество жидкости у среднестатистического американца? На приготовление еды, мытье, посещение туалета, уборку, стирку и т.д., полив газона. Сюда включается также вода, идущая на тушение пожаров, мытье улиц и т.д.

Вся отработанная жидкость образует так называемые бытовые сточные воды и поступает в канализацию. В растворенном виде в ней присутствует огромное количество мыла, стиральных порошков, моющих средств, отбеливателей и другой бытовой химии. Плюс туалетная бумага, органические отходы жизнедеятельности, некоторые пищевые отходы. Также не стоит забывать, что талая и дождевая вода смывают с тротуаров и проезжей части средства, ускоряющие таяние снега и льда, песок, соли и другие вредоносные соединения.

Промышленное загрязнение воды.

Один из крупнейших источников загрязнение воды в развитых странах - промышленность (превышает количество бытовых сточных вод почти в 3 раза!). С помощью воды в промышленности проходит огромное количество процессов. К примеру, она может выступать охладителем, может использоваться для промывания различных материалов. Больше всего сточных вод дают такие отрасли промышленности, как нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная, черная металлургия и промышленность органического синтеза.

Тут следует упомянуть о так называемом тепловом загрязнении, когда в реки и озера выбрасывается, вроде как, и чистая воды, но ее температура чуть выше в сравнении с температурой воды в водоеме. Это может быть довольно опасным. Известны примеры, когда из-за повышения температуры воды в водоеме гибла рыба, чрезмерно разрастались водоросли и сорные водные растения. В итоге претерпевала изменения вся водная среда.

Сельскохозяйственное загрязнение воды.

Еще один из крупнейших потребителей воды - сельское хозяйство. В данной отрасли она активно используется для полива. Вода, которая стекает с полей, содержит в себе частицы почвы, различные химические соединения (инсектициды, неорганические и органические удобрения, гербициды и т.д.). Плюс к этому, в воду попадает огромное количество органических отходов с ферм, а также при переработке сельскохозяйственной продукции.

На что влияет загрязнение воды?На что именно влияет загрязнение воды? Прежде всего, в жидкости уменьшается количество кислорода. Это происходит из-за активного разложения органических остатков в воде аэробными бактериями. Они для переработки различных органических загрязнителей используют кислород, растворенный в жидкости, и выделяют взамен углекислый газ. Получается, что живые существа, которые обитают в загрязняемых водоемах, гибнут и непосредственно под действием вредоносных веществ, и из-за нехватки кислорода для поддержания жизнедеятельности. Также к снижению в воде концентрации кислорода приводит и вышеописанное тепловое загрязнение воды.

Из-за насыщения воды некоторыми видами загрязнений (азот, фосфор) ускоряется процесс эвтрофикации, что приводит к быстрому зарастанию водоемов и их исчезновению.

Нельзя не вспомнить о пестицидах. Эти вещества используются в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми, сорняками и прочими вредителями. В то же время, они признаны экологически небезопасными. Имеют свойство накапливаться в различных организмах, циркулировать внутри пищевых цепей. Их структура не поддается химическому либо биологическому разложению. Таким образом, они постепенно накапливаются в живых организмах и оказывают на них свое негативное влияние.

Не стоит забывать о радиологическом загрязнении воды. Радиоактивные изотопы являются по своей природе устойчивыми, также, как и пестициды, способны циркулировать в пищевых цепях. А радиация, как известно, способна разрушить ткани живых организмов, вызвать генетические мутации, бесплодие и даже гибель организма.

На жизнедеятельность живых организмов оказывают влияние тяжелые металлы (мышьяк, ртуть, свинец, кадмий), которые попадают в водоемы с промышленными сточными водами. Они также имеют свойство накапливаться. Человек, который съел даже замороженную рыбу, подверженную воздействию метилртути (одна из ядовитых форм ртути), может умереть.

Способны принести вред природе и человеку в частичности другие неорганические загрязнители воды - железо, марганец, медь, цинк, хлорид и сульфат натрия и т.д.

В быту мы можем защитить себя от вредоносных веществ, которые могут содержаться в воде, с помощью бытовых фильтров очистки питьевой воды. Но стоит задуматься не только о своей безопасности, но и о благополучии всего окружающего мира.Химическое загрязнение биосферы

Химическое загрязнение ? одно из самых серьезных и наиболее распространенное загрязнение на сегодняшний день. К химическому загрязнению относятся также и вовсе катастрофические явления, которые, к сожалению, становятся обыденными в современном мире: разливы нефти из-за повреждений емкостей транспорта или нефтепроводов, ее возгорание, выбросы в атмосферу отходов химической промышленности и т.д. [5].

1.1.1 Характеристика загрязнителей вод

Нитраты

Загрязнение воды нитратами может быть обусловлено как природными, так и антропогенными причинами. В результате деятельности бактерий в водоемах аммонийные ионы могут переходить в нитрат-ионы, кроме того, во время гроз некоторое количество нитратов возникает при электрических разрядах - молниях.

Основными антропогенными источниками поступления нитратов в воду являются сброс хозяйственно-бытовых сточных вод и сток с полей, на которых применяются нитратные удобрения.

Наибольшие концентрации нитратов обнаруживаются в поверхностных и приповерхностных подземных водах, наименьшие - в глубоких скважинах. Очень важно проверять на содержание нитратов воду из колодцев, родников, водопроводную воду, особенно в районах с развитым сельским хозяйством. ГИЦ ПВ обязательно делается анализ воды на нитраты, если эта вода получена из поверхностных или приповерхностных источников - рек, ручьев, колодцев. Повышенное содержание нитратов в поверхностных водоемах ведет к их зарастанию, азот, как биогенный элемент, способствует росту водорослей и бактерий. Это называется процессом эвтрофикации. Процесс этот весьма опасен для водоемов, так как последующее разложение биомассы растений израсходует весь кислород в воде, что, в свою очередь, приведет к гибели фауны водоема.

Опасны нитраты и для человека. Различают первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г. При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов, возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Снижается способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма.

ПДК нитратов в воде согласно СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» составляет 45 мг/дм3

Хлориды

Почти все природные воды, дождевая вода, сточные воды содержат хлорид-ионы. Их концентрации меняются в широких пределах от нескольких миллиграммов на литр до довольно высоких концентраций в морской воде. Присутствие хлоридов объясняется присутствием в породах наиболее распространенной на Земле соли - хлорида натрия. Повышенное содержание хлоридов объясняется загрязнением водоема сточными водами.

ПДК хлоридов в воде согласно СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» составляет 350 мг/дм3

1.2 Биотестирование как интегральная оценка загрязнения окружающей среды

Биотестирование ? использование в контролируемых условиях биологических объектов (тест ? объектов) для выявления и оценки действия факторов (в том числе и токсических) окружающей среды на организм, его отдельную функцию или систему организмов [14]. Наиболее полно методы биотестирования разработаны для гидробионтов что позволяет использовать их для оценки токсичности загрязнений природных вод, контроля токсичности сточных вод, экспресс - анализа в санитарно-гигиенических целях, для проведения химических анализов в лабораторных целях и решения целого ряда других задач. В зависимости от целей и задач токсикологического биотестирования в качестве тест-объектов применяются различные организмы: высшие и низшие растения, бактерии, водоросли, водные и наземные беспозвоночные и другие, в том числе и одноклеточные, поскольку проводить опыты с ними гораздо удобнее , чем с высшими животными. лучше всего подходят инфузории. их легко выращивать, и оценивать результат несложно - достаточно сосчитать их до начала опыта и в конце.

В экологических целях биотесты применяют и как отдельные методы, и в комплексных исследованиях. Биотесты также используют для оценки токсичности кормов, лекарств, полимерных материалов и питьевой воды [15].

1.2.1 Задачи и приемы биотестирования

В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приемы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязненной среды , а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической осложненностью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы, кроме того гидрохимические и химико-аналитические методы могут оказываться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям не регистрируемыми техническими средствами [16].

Пристальное внимание в настоящее время уделяется приемам биотестирования, т.е. использования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве выявления биологической токсичности среды.

Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест -реакции:

? того параметра организма, который собственно измеряется при биотестировании

Наиболее информативные оказались параметры, характеризующее общее состояние живой системы соотносительного уровня. Для отдельных организмов интегральных параметров служат характеристики выживаемости, роста, плодовитости [17].

1.2.2 Требования к методам биотестирования

Для того чтобы быть пригодными для решения комплекса современных задач, методы биотестирования, используемые для оценки состояния окружающей среды, должны соответствовать следующим требованиям:

1. Быть применимыми для оценки любых экологических изменений среды обитания живых организмов.

2. Охарактеризовать наиболее важные общие параметры жизнедеятельности биоты.

3. Быть достаточно чувствительными для выявления даже начальных обратимых экологических изменений.

4. Быть адекватными для любого вида живых существ и любого типа воздействия.

5. Быть удобными не только для лабораторного моделирования, но также для исследования в природе.

6. Быть достаточно простыми и не слишком дорогостоящими для широкого использования.

Одним из наиболее важных требований при оценки состояния окружающей среды является чувствительность применяемых методов. Потребность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания к проблемам охраны окружающей среды и в связи с необходимостью проведения природоохранных мероприятий становится необходимым оценивать не только и не столько существенные, как правило уже необратимые изменения в среде, но первоначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее нормальное состояние.

Другое важное требование - универсальность в отношении физического, химического или биологического оцениваемого воздействия и типа экосистем или видов живых существ, по отношению к которым такая оценка проводится. причем это необходимо в отношении и отдельных агентов и кумулятивного воздействия любого их сочетания (включая весь комплекс как антропогенных, так и естественных факторов).

В настоящее время существует ряд современных молекулярно-биологических тестов качества среды, но в силу высокой технологической сложности и стоимости их применение оказывается ограниченным. при этом перед экспериментаторами и исследователями неизбежно возникает вопрос: нужно ли прибегать к таким сложным методам при решении общей задачи мониторинга состояния среды и нельзя ли получить сходную информацию более доступным способом [17] .

Оценка степени загрязнения может быть проведена с использованием физико-химических и биологических методов. Биологические методы оценки ? это характеристика состояния экосистемы по растительному и животному населению. Любая экосистема, находясь в равновесии с факторами внешней среды, имеет сложную систему подвижных биологических связей, которые нарушаются под воздействием антропогенных факторов. Прежде всего, влияние антропогенных факторов, и в частности, загрязнения отражается на видовом составе сообществ и соотношении численности слагающих их видов. Биологический метод оценки состояния системы позволяет решить задачи, разрешение которых с помощью физических и химических методов невозможно. [18].

Метод позволяет оперативно определять острую токсичность водных проб и предназначен для контроля токсичности природных, сточных, питьевых вод, водных вытяжек из различных материалов и пищевых продуктов. Например, можно смотреть изменение подвижности за 15-30 мин; гибель отдельных клеток за 1-4 часа; снижение скорости размножения за 1-3 суток; гибель популяции за 4-30 суток. Гибель отдельных клеток -- достаточно надежный показатель, но с его помощью невозможно выявить низкие концентрации токсикантов. Оценка скорости размножения -- биотест с большей чувствительностью, по нему можно определять и небольшие концентрации вредных веществ.

Подчеркивая всю важность биоиндикационных методов исследования, необходимо отметить, что биоиндикация предусматривает выявление уже состоявшегося или происходящего загрязнения окружающей среды по функциональным характеристикам особей и экологическим характеристикам сообществ организмов. Постепенные же изменения видового состава формируются в результате длительного отравления водоема, и явными они становятся в случае далеко идущих изменений.

Таким образом, видовой состав живых организмов из загрязняемого водоема служит итоговой характеристикой токсикологических свойств водной среды за некоторый промежуток времени и не дает ее оценки на момент исследования.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Биология инфузории? туфельки

Систематическое положение:

Подцарство Protozoa (простейшие или одноклеточные)

Тип Сiliophora (ресничные или инфузории)

Класс Ciliata (инфузории)

Род Paramecium (инфузории)

Вид Parameciumcaudatum (инфузория туфелька)

Впервые инфузорий обнаружили в воде, настоянной на различных травах ("инфузум" означает "настойка"). Они - необходимое звено в трансформации органики, их вклад в биологический круговорот веществ не менее важен, чем у бактерий. Инфузории широко распространены в природе. Живут в пресных водоемах, практически везде: в пресных и соленых водах, почве, и число их видов, по разным источникам от 7 до 10 тысяч. По сравнению с другими простейшими инфузории имеют наиболее сложное строение и отличаются разнообразием и сложностью функций. Характерная особенность инфузорий -- относительно быстрая изменчивость, которая позволяет им адаптироваться к самым разным условиям.

Инфузории живут и в тундровых озерах, и в тропиках, и даже в горячих источниках с температурой до 50°С. Они приспосабливаются и к разному минеральному и органическому составу среды, а также к присутствию растворенных газов. Например, инфузория-туфелька может жить как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Эту высокую адаптивную способность обеспечивает колоссальное количество генов, большинство которых в повседневной жизни инфузориям не нужны, но включаются, когда условия меняются. Совсем недавно расшифровали геном инфузорий из рода Tetrahymena, состоящий из 27 тысяч генов. При этом геном человека содержит примерно столько же генов - 25 тысяч [19].

Строение, морфология. Инфузория туфелька - довольно крупный организм эллипсоидальной формы с размерами тела 0,2 -0,4 мм. От других инфузорий отличается не только размером, но и формой тела -- в виде подошвы обуви (рисунок1).

Рисунок 1? Общий вид инфузории туфельки [20].

Тело парамеции состоит из протоплазмы, которая достигает высшей степени дифференцировки. Различают 2 морфологически и функционально различных слоя: наружный (эктоплазма) более светлый, служащий для защиты, ощущения и передвижения, внутренний (эндоплазма) более темный и зернистый, заведующий пищеварением и выделением.

Эктоплазма является однородной или же, состоит из 1 ряда ячеек, образует альвеолярный слой, ограниченный снаружи пелликулой, представляющий продукт изменения эктоплазмы. Эндоплазма заполняет большую часть тела инфузорий, является менее плотной, чем эктоплазма, и имеет ячеистое строение.

Эктоплазма парамеции (кортекс) имеет сложное строение - сеть мембранных ресничек, трихоцист. Все тело инфузории равномерно покрыто ресничками, расположенными рядами, их больше 10 тысяч.

Между ресничками расположены мелкие веретеновидные тельца (трихоцисты) - органоиды защиты и нападения. В ответ на механические, электрические или химические раздражители трихоцисты с силой выбрасываются наружу, принимая форму длинных нитевидных палочек они вонзаются в тело жертвы или врага, убивая или парализуя его (рисунок 2).

Рисунок 2 ? Внутреннее строение инфузории ? туфельки [21].

Посредине тела у инфузорий имеется глубокая впадина- ротовое отверстие(перистом) , покрытая более мощным, чем поверхность тела, слоем ресничек, которые служат для захватывания частичек пищи. Парамеции имеют 2 ядра: генеративное(малое) ядро(микронуклеус), вегетативное (большое) ядро (макронуклеус).

У инфузории имеются вакуоли сократительные и пищеварительные. Сократительных вакуолей 2 , они служат для поддержания определенного осмотического давления, также заведуют выделением. Пищеварительные вакуоли представляют пузырьки воды с захваченной пищей. Количество этих вакуолей зависит от интенсивности питания.

Питание и пищеварение. Основную пищу инфузории туфельки составляют бактерии, водоросли, дрожжи. Ротовое отверстие всегда открыто, околоротовые реснички создают непрерывный ток воды с взвешенными ней частицами в направлении ротового отверстия (рисунок 3).

Частицы пищи проникают через рот в небольшую трубковидную глотку и скапливаются на ее дне, на границе с эндоплазмой. Скопившийся на дне комок пищи отрывается от глотки и поступает в эндоплазму, образуя пищеварительную вакуоль, которая совершает в теле инфузории сложный путь - циклон, в процессе которого происходит переваривание пищи и всасывание продуктов переваривания в эндоплазму. При обилии пищи и нормальных температурных условиях(15 ⁰С) пищеварительные вакуоли образуются каждые 1-2 минуты. После переваривания и усвоения пищи цитоплазмой пищеварительная вакуоль, пройдя по часовой стрелке, подходит к заднему концу тела инфузории, где через специальное отверстие в оболочке - порошицу, выбрасывает не переваренные остатки наружу [22].

Движение. Инфузория туфелька находится в непрерывном быстром движении. Скорость при комнатной температуре составляет от 2 до 2,5 мм/с. Траектория движения сложная: организм движется вперед и при этом вращается вдоль продольной оси тела. Движется инфузория туфелька с помощью тончайших волосковидных придатков - ресничек, количество которых достигает 10-15 тысяч. Ресничный аппарат представляет собой единое функциональное и физиологическое целое. Изменение внешних условий воспринимаются клеткой и первая ответная реакция - изменение характера движения.

Размножение. Инфузория туфелька размножается половым и бесполым способом. Бесполое размножение происходит путем поперечного деления клетки. Тело туфельки вытягивается в длину, посередине тела появляется поперечная перетяжка (рисунок 3), которая постепенно увеличивается. Инфузория туфелька перешнуровывается пополам и из 1 материнской особи образуется 2 дочерние, несколько меньших размеров. Процесс этот при комнатной температуре занимает около часа и происходит 1-2 раза в сутки. Через несколько поколений бесполое размножение меняется половым, называется конъюгацией или копуляцией (рисунок 4) [23].



Рисунок 4 ? Ciliata: деление (а) и конъюгации (6) Paramecium [23].

При этом 2 инфузории соединяются друг с другом околоротовыми областями в этом месте происходит разрушение пелликулы, и образуется цитоплазматический мостик (рисунок 3), соединяющий обе инфузории. В теле каждого участника макронуклеус разрушается, а микронуклеус делится на 4 части, образуя 4 гаплоидных ядра. Вскоре 3 новых ядра разрушаются, а 4-е вновь делится и образует в каждой инфузории 1 женское (стационарное) и 1 мужское ядро. Мужское ядро мигрирует по цитоплазматическому мостику в другую инфузорию, где сливается с женским ядром. После этого инфузории расходятся. Конъюгация продолжается до 12 часов.

Таким образом, при половом процессе происходит обмен ядерным материалом между отдельными особями, которые получают новые признаки и свойства. Впоследствии в каждой из клеток ядро делится на большое и малое. В результате конъюгации 2-х особей повышается жизнеспособность организма, что выражается в лучшей приспособленности к условиям окружающей среды [24].

2.2 Разведение инфузории в лаборатории

Для разведения туфельки была получена чистая культура. Для этого на чистое предметное стекло помещали большую каплю воды с видимыми через лупу инфузориями. Рядом с ней, располагали каплю свежей, заранее отстоянной воды без признаков жизни в ней. Между каплями швейной иглой прокладывали тонкую водную дорожку. Как только миграция туфельки закончилась, доступ других инфузорий в чистую каплю немедленно прекращали, разъединяя водную «магистраль» [25].

В нашей работе мы использовали сенную культуру инфузории-туфельки. Сенная культураинфузории имеет свою особенность: заложенную культуру нельзя тревожить подкормкой или добавлением воды. При приготовлении сенного настоя возможны различные варианты соотношения сена и воды, а также замачивания сена водой.

При лабораторном культивировании берут 10-20 г сена на 1 л воды. При массовой культивировании инфузорий (в помещении или под открытом небом) лучшие результаты были получены при концентрации сена 1-2 г/л. При более высоких концентрациях сенного настоя культура быстро загнивает, и на поверхности воды появляется бактериальная пленка.

Сено заливают сырой водой и кипятят в течение 15-20 минут (чтобы убить нежелательные организмы), затем настаивают в течение 2-3 дней и фильтруют. При приготовлении большого количества сенного настоя (к примеру, для культивирования простейших в больших бассейнах) сено следует залить кипятком, затем охладить его, а настой процедить. Срок настаивания 2-3 дня.

Во время кипячения погибают все микроорганизмы, но сохраняются споры бактерий. Через несколько дней из спор развиваются сенные палочки, служащие пищей для инфузорий. По мере необходимости настой добавляют в культуру простейших. Настой может храниться в холодном месте в течение одного месяца ч[26].

2.3 Исследуемые критерии: выживаемость, динамика роста, адаптация

Имеется ряд критериев для контроля токсичности водных сред с применением инфузорий, среди которых можно выделить: летальность (смертность), хемотаксис (уход из опасной зоны), гальванотаксис (перемещение под действием электрического тока жизнеспособных клеток), динамику роста и адаптивные способности. Из этих реакций каждая имеет свою специфику, позволяющую выявлять различные вредные воздействия [17].

В биотестах на инфузориях проще всего фиксировать изменение подвижности, гибель и скорость размножения. Например, можно смотреть изменение подвижности за 15-30 мин; гибель отдельных клеток за 1-4 часа; снижение скорости размножения за 1-3 суток; гибель популяции за 4-30 суток. Зачем так много параметров? Дело в том, что наблюдать за изменением подвижности недостаточно для оценки токсичности. Поскольку на движение у простейших расходуется всего 1% энергии общего обмена, то подвижность только незначительно отражает те изменения, которые происходят при отравлении токсичными агентами. Гибель отдельных клеток -- достаточно надежный показатель, но с его помощью невозможно выявить низкие концентрации токсикантов. Оценка скорости размножения -- биотест с большей чувствительностью, по нему можно определять и небольшие концентрации вредных веществ. Если сочетать все тесты, то результат получается надежный [27].

2.4 Экспериментальное воздействие

2.4.1 Определение токсичности водоема по изменению численности простейших Paramecium Caudatum (инфузории-туфельки)

В исследовании использовалась моноклональная культура Parameciumcaudatum. Инфузории содержались в органической среде на основе сенного отвара по методике непрерывного культивирования при t=22⁰С. Для содержания культуры использовались стеклянные колбы объемом 100 мл. Культуру инфузорий выращивают в термостатах при температуре 25 °С.

Для проведения эксперимента было взято по 5 опытных образцов, каждый из которых содержал по 1 мл предварительно разбавленной в 10 раз культуры инфузории- туфельки. Затем был проведен подсчет числа инфузорий в 0,05 мл в каждом из образцов при помощи бинокулярного светового микроскопа до добавления проб воды, а затем в таком же соотношении добавляем пробы воды.

Мы взяли пять образцов:

Образец 1: чистая дистиллированная вода (контроль).

Образец 2: лужа

Образец 3: р.Пина в районе ТЭЦ

Образец 4: вода из колодца

Образец 5: озеро д.Гольцы

2.4.2 Методика проведения опыта по изучению влияния солей хлоридов и нитратов различных концентраций на динамику роста культуры инфузории-туфельки

Для исследования влияния солей тяжелых металлов (кадмия и хрома) различных концентраций (0,1, 1, 10 ПДК) была использована моноклональная культура инфузории-туфельки Paramecium caudatum, содержавшаяся в органической среде на основе сенного отвара. Для содержания культуры использовались стеклянные колбы объемом 100 мл. В растворы хлориды и нитраты вносились в виде солей. Маточные растворы солей готовились на дистиллированной воде, рабочие растворы приготавливались путем последовательных разбавлений.

Для проведения эксперимента было взято по 4 опытных образца, каждый из которых содержал по 45 мл культуры инфузории-туфельки. Произвели подсчет числа инфузорий в 1мл до прибавления раствора с солями.затем прибавири к исходной культуре по 5 мл растворов солей тяжелых металлов с заданными концентрациями. После чего произвели подсчет числа инфузорий в 1 мл раствора, предварительно разбавленный в 10 раз. Эксперимент проводился на протяжении 21 дня, в течении которого проводился подсчет числа инфузорий в данной культуре с помощью бинокулярного микроскопа.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Определение токсичности водоема по изменению численности простейших Paramecium Caudatum (инфузории-туфельки)

Из данных представленных на рисунке видно, что изначально всплеск численности популяции инфузорий наблюдался в пробе №5 (озеро д.Гольцы), затем в пробах №1 и №4. На протяжении всего времени проведения опыта во всех пробах, кроме пробы № 2 (лужа), где наблюдается гибель культуры, прирост популяции весьма динамичный , но с наибольшей скоростью увеличивалась численность инфузорий в пробе №5, что свидетельствует о достаточно хорошем качестве воды. При сравнении роста популяции в пробе №1 (дистиллированная вода) , №4 (колодец) и №3(р.Пина в районе ТЭЦ) , то можно заметить, что скорость прироста популяции в пробе №4 и №1 происходил быстрее, а в пробе №3 более угнетенный, что позволяет сделать вывод, что качество воды в пробе №3 не достаточно хорошее для развития культуры.

Рисунок 5 - Динамика роста культуры инфузории-туфельки в различных пробах воды

3.2 Исследование динамики численности культуры инфузории- туфельки

3.2.1 Исследование динамики численности культуры инфузории-туфельки под влиянием хлоридов

Для проведения эксперимента было взято по 4 опытных образца, каждый из которых содержал по 45 мл культуры инфузории-туфельки и 5 мл раствора хлоридов с заданными концентрациями(0,1, 1, 10 ПДК). Полученные данные представлены в таблицах 3 и 4 (Приложение 3 и 4) и на рисунке 7.

Из данных представленных на рисунке 6, видно, что концентрация клеток для всех действующих концентраций соли хлоридов через 24 часа после начала эксперимента значимо отличалось от контроля. Для культуры подвергшейся действию соли с концентрацией 0,1 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 7 сутки проведения эксперимента; для культуры подвергшейся действию соли с концентрацией 1 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 8 сутки проведения эксперимента; для культуры подвергшейся действию соли с концентрацией 10 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 15 сутки проведения эксперимента. Полная гибель культуры инфузории-туфельки наблюдается при концентрации 10 ПДК на 15 сутки проведения опыта, при концентрации 1 ПДК на 20 сутки, при 0,1 полной гибели культуры не наблюдалось, как и в контроле культура еще жива.

Из данных представленных на рисунке 7, видно, что концентрация клеток для всех действующих концентраций нитратов через 24 часа после начала эксперимента значимо отличалось от контроля. Для культуры подвергшейся действию соли нитратов с концентрацией 0,1 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 10 сутки проведения эксперимента; для культуры подвергшейся действию соли с концентрацией 1 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 12 сутки проведения эксперимента; для культуры подвергшейся действию соли с концентрацией 10 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 15 сутки проведения эксперимента.

Рисунок 6 - Динамика роста культуры инфузории-туфельки под воздействием хлоридов

3.2.2 Исследование динамики численности культуры инфузории-туфельки под влиянием нитратов

Полная гибель культуры инфузории-туфельки наблюдается при концентрации 10 ПДК на 15 сутки проведения опыта, при концентрации 1 ПДК на 19 сутки, при 0,1 на 20 сутки, в то время как в контроле культура еще жива.

Рисунок 7 - Динамика роста культуры инфузории-туфельки под воздействием различных концентраций нитратов

3.3 Оценка степени адаптация инфузории-туфельки к воздействию

Для оценки степени адаптации инфузорий к действию солей тяжелых металлов нами было исследовано влияние хронического воздействия солей кадмия и хрома (Cd(NO₃)₂ и Cr(NO₃)₃)в различных концентрациях , не вызывающих острого токсического действия.

Из данных представленных на рисунке 7, видно, что для культуры подвергшейся действию соли хлоридов с концентрацией 0,1 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 7 сутки проведения эксперимента; для культуры подвергшейся действию соли хлоридов с концентрацией 1 ПДК значительное уменьшение плотности наблюдалось с 2 по 8 сутки проведения эксперимента. Однако с 8 по 15 сутки для культуры с концентрацией 0,1 ПДК и с 9 по 14 сутки с концентрацией 1 ПДК произошел рост плотности культуры. В опыте с солью кадмия наблюдается следующее: для культуры подвергшейся действию соли нитратов с концентрацией 0,1 ПДК значительное уменьшение плотности культуры наблюдалось с 2 по 10 сутки после начала проведения эксперимента; для культуры подвергшейся действию соли нитратов с концентрацией 1 ПДК значительное уменьшение плотности наблюдалось с 2 по 12 сутки проведения эксперимента. Однако в культурах инфузории-туфельки с раствором соли нитратов с концентрацией 0,1 ПДК с 10 по 15 сутки и с концентрацией в 1 ПДК с 12 по 14 сутки наблюдается рост плотности культуры, достигая уровня 3 дня с момента начала проведения опыта.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Соли хлоридов и нитратов оказывают негативное влияние на жизнедеятельность инфузории-туфельки культуры, приводя к снижению плотности лабораторной культуры. С повышением концентраций действующих веществ эффект усиливается. Снижение плотности лабораторной культуры происходит постепенно и достигает существенных значений на 4 сутки воздействия. Хлориды обладают более выраженным действием, чем нитраты, что может быть связано с более высокой концентрацией воздействия по сравнению с концентрацией соли кадмия.

2. При исследовании действия хлоридов и нитратов при повышенных концентраций данных солей вызывает не только снижение плотности культуры, но и ее полную гибель. Нитраты в данном случае обладает более выраженным токсическим действием по сравнению с хлоридами, т.к. гибель культуры при действии нитратов наблюдалась не только при повышенных концентрациях (10 ПДК), но и при пониженных (0,1 и 1 ПДК), а в случае хлоридов гибель культуры наблюдалась только при 10 ПДК на 15 сутки, а по истечению опыта в пробах, с концентрациями хлоридов 0,1 И 1 ПДК, культура оставалась жизнеспособной.

3. Адаптация культуры инфузории-туфельки наблюдается при воздействии на нее хлоридов и нитратов в диапазоне концентраций меньше, чем 1 ПДК. Однако скорость адаптации у культур в данных растворах различная: при воздействии нитратаов адаптация наступает на 10 сутки при концентрации соли 0,1 ПДК и на 12 сутки при концентрации 1 ПДК после начала проведения опыта, а у культуры с наличием хлоридов адаптация наблюдается на 8 сутки при концентрации данной соли в 0,1 ПДК и на 9 сутки при концентрации 1 ПДК. Это доказывает, что способность организмов к адаптации зависит не только от типа вещества , но и от концентрации в которой он действует на организм.

4. Произвели оценку качества воды из разных источников.

5. Показана целесообразность использования инфузории -туфельки как тест-объекта в биотестировании: высокая чувствительность инфузорий к токсическому действию солей тяжелых металлов позволяет обнаруживать наличие данных элементов на самых ранних стадиях загрязнения и при незначительных концентрациях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Научные основы биотестирования с использованием инфузорий [Электронный ресурс]. - 2008г. - Режим доступа: http://www.referun.com/n/nauchnye-osnovy-biotestirovaniya-s-ispolzovaniem-infuzoriy ? Дата доступа:26.09.2016.

2. Химическое загрязнение биосферы [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа http://www.sibecolog.ru/information/ ? Дата доступа:17.09.2015.

3. Васин, А.Е. Адаптация инфузорий к солям некоторых тяжелых металлов / А.Е. Васин // Вестник Самарского государственного университета (естественнонаучная серия). - 2006. - №7(47). - С. 12-18.

4. Ревель, П. Экология нашей среды, Кн.2 // П.Ревель, Ч.Ревель. - М.: Мир, 1995. - 296с

5. Химическое загрязнение биосферы [Электронный ресурс]. ? 2008. ? Режим доступа : http://etelien.ru/Collection/4/4_00030.htm. ? Дата доступа: 2.09.2015.

6. Основные источники загрязнения водной среды [Электронный ресурс]. ? 2011. ? Режим доступа :http://water-health.org.ua/ ? Дата доступа: 2.11.2016.

7. Тяжелые металлы [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа: http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/542.html. ? Дата доступа:15.09.2015.

8. Тяжёлые металлы [Электронный ресурс]. ? 2011. ? Режим доступа : http://biology.krc.karelia.ru/misc/hydro/mon5.html ? Дата доступа: 2.11.2015.

9. Эйхлер, В./ Яды в нашей пище/ В. Эйхлер - М.: Мир,1993. - 188 с.

10. Источники загрязнения водной среды [Электронный ресурс]. ? 2008. ? Режим доступа: http://ru.eco.org/html. ? Дата доступа: 2.02.2016.

11. Биотестирование [Электронный ресурс]. ? 2008. ? Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki ? Дата доступа: 2.09.2015.

12. Биологические методыэкомониторинга [Электронныйресурс].? 2007. ? Режимдоступа: http://www.newchemistry.ru/html. ? Дата доступа: 24.09.2015.

13. Бубнов, А.Г. Биотестовый анализ - интегральный метод оценки качества объектов окружающей среды, учебно-методическое пособие./ А.Г.Бубнов,- Иваново: «ГОУ ВПО Иван. гос. хим. - технол. ун-т», 2007. - 112с.

14. Биотестирование [Электронный ресурс].- 2007.- Режим доступа: http://www.bioassay.narod.ru/biotest/biot.html ? Дата доступа: 19.09.2015.

15. Методы биоиндикации [Электронный ресурс].- 2007.- Режим доступа: http://ib.komisc.ru/ 01-50/06.html. ? Дата доступа: 12.09.2015.

16. Биотестирования на инфузориях как метода научного исследования [Электронный ресурс]. - 2008. - Режим доступа: http://www.dissland.com/catalog/html ? Дата доступа:11.10.2015.

17. Инфузории пробуют пищу. [Электронный ресурс]. - 2009. - Режим доступа: http://www.oagb.ru/html - Дата доступа: 24.11.2015.

18. Внешний вид инфузории туфельки. [Электронный ресурс]. ? 2008. -Режим доступа: http://aquamir.by/ribi/infuzoriya-tufelka-paramecium-caudatum-opisanie-razvedenie.html ? Дата доступа: 21.09.2015.

19. Внутреннее строение инфузории туфельки. [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа: http://www.ebio.ru/pro05.html ? Дата доступа: 12.10.2015.

20. Догель, В.А. Общая протозоология / В.А.Догель, Ю.И. Полянский, Е.М. Хейсин. - Л.: Наука, 1962. - 592с.

21. Питание инфузории туфельки [Электронный ресурс] - 2009. - Режим доступа:http://vsyabiologiya.ru/publ/zhivotnye/odnokletochnye_zhivotnye_ili_prostejshie/5_infuzorija_tufelka/2-1-0-6 - Дата доступа: 6.10.2015.

22. Иванов, А.В. Большой практикум по зоологии беспозвоночных / А.В.Иванов, А.А.Стрелков, Ю.М. Полянский - М.: Высшая школа, 1981. - 504с.

23. Деление (а) и конъюгации (6) Paramecium /Хаусман, К./ Протозоология / Хаусман К, перев. с нем. - Москва : Мир, 1988. - 336 с.

24. Инфузория-туфелька (ParameciumCaudatum). Описание. Разведение. [Электронный ресурс]. - 2006. - Режим доступа: http://aquamir.by/ribi/infuzoriya-tufelka-paramecium-caudatum-opisanie-razvedenie.htm ? Дата доступа: 5.11.2015.

25 Полянский, Ю.И. Длительное культивирование Parameciumcaudatum / Ю.И Полянский, Т.И.Познанская 1964. ? 271 ?278 с.

26. Инфузория-туфелька, особенности строения и процессов жизнедеятельности, размножения, раздражимость. [Электронный ресурс]. - 2009. - Режим доступа: http://www.referat.business-top.info/zoology/11.html ? Дата доступа: 4.10.2015.

27. Критерии инфузорий для биотестирования [Электронный ресурс]. - 2011. - Режим доступа: http://www.referat.business-top.info/zoology/11.htmlhttp://biokem.ru/ ? Дата доступа: 4.11.2016.

28. Ракицкий, П.Ф. Биологическая статистика/ П.Ф.Ракицкий - Мн.: Вышэйшая школа, 1973. - 319 с.

Приложение 1

Определение токсичности водоема по изменению численности простейших Paramecium Caudatum (инфузории-туфельки).

Приложение 2

Исследование динамики численности культуры инфузории-туфельки под влиянием хлоридов

Приложение 3

Исследование динамики численности культуры инфузории-туфельки под влиянием нитратов

Размещено на Allbest.ru

...