Елькина-материалы

Елькина Татьяна Сергеевна
ФГБОУ ВПО Вятская государственнная сельскохозяйственная академия,
г. Киров, Россия
Научный руководитель: Домрачева Л.И., д.б.н., профессор ВятГСХА
ТЕСТИРОВАНИЕ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ФТОРОПЛАСТОВ
НА ТОКСИЧНОСТЬ К ПОЧВЕННОЙ МИКРОФЛОРЕ
И ВЫСШЕМУ РАСТЕНИЮ
В окружающую среду постоянно поступают и циркулируют в ней
вещества, не свойственные природе. Для оценки степени их токсичности
используется система бимониторинга, включающая биотестировние и
биоиндикацию с использованием организмов различной систематической
принадлежности. Круг тестируемых соединений чрезвычайно широк,
включает соединения, находящиеся в почвенных вытяжках, водоёмах,
сточных водах предприятий и т.д.
В жизнь современного человека широко вошли изделия,
произведённые из фторопластов. Они используются в машиностроении, в
электронике и радиотехнике, для хранения и транспортировки химически
активных веществ. Так, например, фторопласт СКФ-26 используют для
изготовления резинотехнических, кабельных и других изделий [1]. Одним
из отходов производства данных фторопластов являются маточные
растворы, попадающие в окружающую среду вместе со сточными водами
химических предприятий. В них содержится от 0,02 до 0,05% целевого
продукта. До настоящего времени для данных соединений ПДК не
установлены, так как их считают практически безопасными. Поэтому
данные соединения относятся к числу малоизученных по отношению к
биоте.
Цель данной работы – испытание токсичности соединения СКФ-26
методами биотестирования, где тест-организмами являются цианобактерии
(ЦБ) и семена высшего растения, и методами биоиндикации – по реакции
микробных сообществ почвы.
Данная работа выполнялась впервые и проводилась она в рамках
Государственного контракта с Министерством образования и науки по
Федеральной целевой программе «Научные и научно-педагогические
кадры инновационной России»: «Переработка отходов получаемых
фторполимеров» (2010-2012).
Лабораторные опыты по испытанию токсичности соединения
СКФ-26 методами биотестирования проводились на кафедре биологии
растений, селекции и семеноводства, микробиологии Вятской ГСХА.
Полевые опыты по изучению влияния соединения СКФ-26 на
морфометрические показатели высшего растения и на реакцию микробных
сообществ почвы проводились в Даровском районе Кировской области.
Автор непосредственно участвовал во всех этапах проведения
работы, включая постановку целей и задач исследования, отбор проб
исследуемых материалов из природных объектов, планирование и
выполнение экспериментов, интерпретацию полученных результатов и
формулировку выводов. Подготовка материалов для публикаций
проводилась совместно с научным руководителем и соавторами. По
данной тематике опубликовано 7 работ.
Первый этап нашей работы был направлен на испытание
токсичности соединения СКФ-26 по отношению к семенам высшего
растения и ЦБ.
В работе использовали семена ярового ячменя сорта Эльф и ЦБ
Nostoc paludosum из коллекции фототрофных микроорганизмов кафедры
биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии Вятской
ГСХА. У ячменя определяли следующие показатели: энергию
прорастания, всхожесть, длину корней и надземной части, их сырую и
сухую биомассу. У ЦБ определяли жизнеспособность клеток методом ТТХ
(по дегидрогеназной активности методом ТТХ – образование в живых
клетках ЦБ кристаллов формазана, имеющих красную окраску, из
трифенилтетразолий хлорида) [2].
Испытуемые концентрации СКФ-26 – маточный раствор и его
разведения 1:1, 1:50 и 1:100. В качестве контроля: в обоих случаях (для
семян и ЦБ) – артезианская вода.
Результаты и обсуждение. Определение всхожести семян ячменя
показало, что во всех вариантах сохраняется 100%-ная всхожесть, кроме
обработки маточным раствором. Кроме того, отмечено стимулирующее
действие всех концентраций, кроме маточного раствора, на высоту
проростков. В отличие от надземной части, корневая система растений
была более чувствительна к действию СКФ-26. При увеличении
концентрации СКФ-26 происходит угнетение корневой системы.
В ходе эксперимента выявлено, что при разведении СКФ-26 1:100
происходит увеличение биомассы проростков ячменя (в 2 раза по сырой
биомассе). Маточный раствор, наоборот, снижает накопление биомассы в
3 раза.
Химический анализ показал, что проростки ячменя способны
поглощать данное соединение, и при этом с увеличением концентрации
СКФ-26 в надземной части и корнях повышается содержание фтор-ионов.
Другим тест-объектом была альгологически чистая культура ЦБ
N. paludosum шт. 18 из коллекции фототрофных микроорганизмов кафедры
биологии растений, селекции и семеноводства, микробиологии Вятской
ГСХА, на которую мы воздействовали такими же концентрациями
СКФ-26.
Было установлено, что все разведения СКФ-26 являются
токсичными. Маточный раствор СКФ-26 и его разведение 1:1 вызвали
100%-ную гибель клеток ЦБ
Таким образом, была доказана токсичность возрастающих
концентраций этого соединения для ЦБ N. paludosum. В то же время для
высшего растения отмечена токсичность только маточного раствора.
Второй этап нашей работы – он был связан изучением влияния
возрастающих концентраций СКФ-26 на биометрические показатели и
урожай ярового ячменя и состояние почвенной микрофлоры в полевом
опыте.
Полевой опыт был заложен в конце мая 2012 г. в Даровском районе
Кировской области. Почва – дерново-подзолистая супесчаная, pHKCl не
превышает 4,4. Содержание гумуса не выше 2%. Предварительно участок
был вскопан на глубину 25 см и выровнен. Для посева использовали
семеня ярового ячменя сорта Эльф. Посев производился на глубину 4 см.
После посева в почву внесли возрастающие концентрации СКФ-26
(разведение 1:100, 1:50, 1:1 и маточный раствор). В контроле для полива
использовали артезианскую воду.
Биометрические показатели и урожайные данные ячменя, а также
состояние альго-микологических комплексов оценивали в августе 2012 г.,
через 3 месяца с момента закладки опыта.
Результаты и обсуждения. Определение всхожести семян ячменя (на
7-е сутки) показало, что всхожесть семян остаётся на уровне контроля
(98%) во всех вариантах, кроме обработки маточным раствором СКФ-26 и
его разведением 1:1.
Все концентрации СКФ-26 влияли на выживаемость растений
ячменя. Разведения 1:100 и 1:50 несколько увеличивают выживаемость.
Маточный раствор и его разведение 1:1, наоборот, очень сильно снижают
этот показатель (до 72% в варианте с маточным раствором).
Возрастающие концентрации СКФ-26 также оказали различное
влияние на элементы структуры продуктивности растений. Во всех
вариантах, кроме варианта с применением маточного раствора СКФ-26,
отмечена стимуляция линейного роста стеблей растений (табл.).
Концентрации данного вещества не оказали существенного влияния
на такие показатели, как длина остей и длина колоса.
Общая кустистость под действием СКФ-26 в разведении 1:100
незначительно увеличивается. Во всех остальных вариантах общая
кустистость снижается (максимально в 2 раза в варианте с маточным
раствором СКФ-26).
Ни одна из испытуемых концентраций не оказала никакого влияния
на данный показатель, кроме маточного раствора СКФ-26, где отмечено не
существенное снижение массы 1000 зерен до 43 г.
Таблица
Элементы структуры продуктивности ячменя сорта Эльф
Вариант
(Концентрация
СКФ-26)
Контроль
Разведение 1:100
Разведение 1:50
Разведение 1:1
Маточный раствор
Длина
стебля, см
Длина остей,
см
Длина
колоса, см
Общая
кустистость
Масса 1000
зерен, г
55,6 ± 1,10
67,6 ± 1,24
63,6 ± 1,10
68,7 ± 1,15
50,1 ± 1,13
15,30 ± 0,37
15,46 ± 0,33
15,88 ± 0,18
15,87 ± 0,26
16,74 ± 0,39
4,57 ± 0,19
4,76 ± 0,20
4,96 ± 0,11
5,18 ± 0,25
5,43 ± 0,28
6,9 ± 0,41
7,1 ± 0,45
5,1 ± 0,40
5,3 ± 0,29
3,6 ± 0,19
46,57
48,1
50,94
47,8
43,0
При изучении влияния СКФ-26 на почвенную микрофлору
установлено, что это соединение по-разному действует на разные группы
фототрофов. В комплексе зелёных одноклеточных водорослей практически
все разведения вызывают угнетение вегетации этой группы, особенно явно
это заметно в варианте с внесением маточного раствора СКФ-26 (в 2,7
раза). Для диатомовых водорослей все концентрации – стимуляторы их
размножения (что особенно выражено в вариантах с разведением СКФ-26
1:100, 1:50, 1:1 (в 2,6-3 раза). В целом на группу эукариотных водорослей
угнетение оказывает только обработка почвы маточным раствором, а
несущественную стимуляцию обработка разведением 1:100 и 1:1.
Более сильное действие оказывает СКФ-26 на развитие ЦБ. Так,
разведение 1:50 полностью подавляет развитие в почве азотфиксирующих
гетероцистных ЦБ или, возможно, замедляет ход их сезонных сукцессий,
т.к. гетероцистные ЦБ при нормальном ходе сезонной сукцессии в массе
развиваются в почве в конце лета – начале осени и характеризуют собой
наступление климаксной стадии развития альгоценозов. В то же время,
данное соединение практически не оказывает действия на развитие
безгетероцистных ЦБ. В целом, развитие фототрофных группировок в
почве под влиянием СКФ-26 не существенно отличается от контроля и,
следовательно, практически не токсично для первичных продуцентов
почвы после трехмесячной экспозиции.
Изучение структуры популяций микробных комплексов показывает,
что среди фототрофов во всех вариантах наблюдается доминирование ЦБ .
К активной почвенной биоте относятся и микроскопические грибы.
В
число
показателей
характеризующих
развитие
комплексов
микромицетов в почве, в частности, включают длину их мицелия и число
фрагментов, характеризующих в определенной степени интенсивность
размножения. Анализ полученных результатов показывает, что длина
грибного мицелия в исследуемых образцах почв колеблется от 78 до 146
м/г. Число фрагментов от полутора миллионов до более чем двух
милионов в 1 г почвы. Испытуемый препарат по-разному действует на
микокомплесы, в зависит от концентрации. Определение длины мицелия
показывает, что, начиная с разведения 1:50, происходит угнетение роста
мицелия в длину. Но интенсивность размножения, если судить по числу
фрагментов, снижается только при действии разведения 1:1 и маточного
раствора. Следовательно, грибные популяции оказываются более
чувствительными к действию СКФ-26, чем фототрофные популяции.
Бесспорное доминирование окрашенных форм микромицетов по
мере возрастания концентраций СКФ-26 указывает на возрастание
экологической напряженности в почве, так как одним из
биоиндикационных признаков оценки состояния почвы является
соотношение в структуре популяций грибов бесцветных и окрашенных
форм. Подобные реакции отмечены на действие таких поллютантов, как
тяжёлые металлы, пестициды, нефть и нефтепродукты, радионуклиды и др.
Следовательно, меланизация микоценозов под влиянием СКФ-26 явно
указывает на появление в почве определенных токсических признаков.
Таким образом, установлено, что СКФ-26 в любых исследуемых
разведениях, кроме маточного раствора и разведения 1:1, является
безопасным для высшего растения. Говорить о пищевой безопасности
зерна ячменя, выращенного в условиях использования отходов
производства фторопластов, можно лишь при определении содержания
фтора в зерне.
На развитие альго-микологических группировок СКФ-26 оказывает
различное действие. Все испытуемые концентрации тормозят развитие
этой группы микробиоты. Аналогично СКФ-26 действует и микофлору
почв, за исключением концентрации СКФ-26 1:100, которая оказывает
стимулирующее действие на длину мицелия микромицетов.
Список использованных источников:
1. ГОСТ 18376-79 Фторкаучуки СКФ-26 и СКФ-32. Технические условия.
2. Домрачева Л.И., Кондакова Л.В., Огородникова С.Ю., Олькова А.С.,
Фокина А.И. Применение тетразольно-топографического метода
определения
дегидрогеназной
активности
цианобактерий
в
загрязненных средах // Биологический мониторинг природнотехногенных систем. Сыктывкар, 2011. С. 113–120.
Работы, опубликованные по данной тематике:
1. Елькина Т.С., Домрачева Л.И., Хитрин С.В., Фукс С.Л., Девятерикова
С.В. Использование семян высшего растения и цианобактерий для
биотестирования токсичности отходов производства фторопластов //
Науке нового века – знания молодых. Материалы международной
научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и
соискателей. Часть1. Агрономические, биологические и ветеринарные
науки. Киров, 2012. С. 18-21.
2. Елькина Т.С., Михалицин А.А., Домрачева Л.И., Хитрин С.В., Фукс
С.Л., Девятерикова С.В. Влияние маточного раствор фторопласта СКФ26 на биометрические показатели и накопление фтора в проростках
3.
4.
5.
6.
7.
ячменя // Адаптационные реакции живых систем на стрессорные
воздействия. Материалы Всероссийской молодёжной конференции.
Киров, 2012. С. 30-34.
Елькина Т.С., Михалицин А.А., Домрачева Л.И. Определение степени
токсичности маточного раствора фторкаучука СКФ-26 по реакции
высшего растения и цианобактерий // Эколого-ботанические
исследования в азиатской части России и сопредельных территориях.
Материалы Международной научно-практической конференции.
Новосибирск, 2012. С. 33-35.
Елькина Т.С., Домрачева Л.И., Хитрин С.В., Фукс С.Л., Девятерикова
С.В. Влияние отходов производства фторопластов на почвенную
альгофлору (модельные опыты) // Молодые ученые – аграрной науке
Евро-Северо-Востока. Материалы 1-й Молодежной конференции.
Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2013 г. С. 64-66.
Елькина Т.С., Домрачева Л.И., Хитрин С.В., Фукс С.Л., Девятерикова
С.В. Сравнение влияния отходов производства фторопластов СКФ-26
и СКФ-32 на микрофлору почвы (полевой опыт) // Биодиагностика
состояния природных природно-техногенных систем. Материалы X
Всероссийской научно-практической конференции с международным
участием. Книга 2. Киров, 2012. С. 134-136.
Елькина Т.С., Домрачева Л.И., Хитрин С.В., Фукс С.Л., Девятерикова
С.В. Влияние отходов производства фторопластов СКФ-26 и СКФ-32
на рост и развитие ярового ячменя сорта Эльф // Знания молодых:
наука, практика и инновации. Материалы международной научнопрактической конференции молодых ученых, аспирантов и
соискателей. Часть1. Агрономические, биологические и ветеринарные
науки. Киров, 2013. С. 34-36.
Елькина Т.С., Хитрин С.В., Фукс С.Л., Девятерикова С.В. Тестирование
отходов производства фторопластов на токсичность к высшему
растению и почвенной микрофлоре // Бизнес. Наука. Экология родного
края: проблемы и пути их решения. Материалы Всероссийской
научно-практической конференции-выставки экологических проектов
с международным участием. Киров, 2013. С. 281-285.