Использование методов биотестирования при анализе загрязненности снегового покрова г. Красноярска

В условиях городской среды экосистемы испытывают повышенный уровень антропогенной нагрузки, которая выражается как в действии стационарных источников загрязнения, так и в действии автотранспорта.

Исследование химического состава снежного покрова является обязательной частью изучения процессов загрязнения окружающей среды. Именно качество снежного покрова ярко демонстрирует влияние различных источников загрязнения атмосферного воздуха на поверхности земли (Василенко В.Н., Назаров Н.М., 1985).

Анализ качества снежного покрова позволяет проследить пространственное распределение загрязняющих веществ по территории и получить достоверную картину зон влияния конкретных промышленных предприятий и других объектов на состояние окружающей среды (Усков А.В., 1982).

Определить степень загрязненности снежного покрова можно с помощью биотестирования. Поскольку на современном этапе совершенствования экологического мониторинга обращает на себя внимание бурное развитие методов биомониторинга как единственного подхода адекватной оценки состояния биологических и экологических систем. Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Методы биотестирования и биоиндикации позволяют диагностировать состояние экосистемы по откликам на стрессовое воздействие извне отдельных компонентов биоты (Трешоу М., 1988; Шуберт Р., 1988; Тарасенко И.Н., 1999; Багдарасян А.С., 2007). Экологическая диагностика на уровне биотестирования и биомониторинга дает интегральную адекватную оценку качества среды обитания любой биологической популяции, включая человека. Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды (Дьяченко Г.И., 2003).

Для этих целей применяется биотест на фитотоксичность (фитотест), который способен адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие, что проявляется в морфологических и физиологических изменениях при росте и развитии растений. Фитотест информативен, высоко чувствителен, характеризуется стабильностью получаемых результатов. Метод основан на способности семян адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие путем изменения интенсивности прорастания корней, что позволяет длину последних принять за показатель тест-функции. Критерием вредного действия считается ингибирование роста корней семян (Шашурин М.М., Журавская А.Н., 2007).

Цель данной работы: оценить загрязненность снежного покрова разных районов города Красноярска при помощи фитотестирования.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• 1.    Определить количество взвесей в снеговой воде методом фильтрования.

• 2.    Оценить загрязненность снегового покрова по жизнеспособности семян тест-растений (кресс-салата).

Пробы снега отбирались из трех районов города – Октябрьский район, микрорайон Ветлужанка у остановки Сельхозкомплекс. Второй объект – Советский район, улица Тельмана (в районе Гвардейского парка). Третий – Советский район, улица Молокова (Взлетка). Пробы отбирались в 5 м от дорог 15 декабря и 15 февраля.

Метод проращивания заключался в следующем: семена кресс-салата проращивали в течение 3 суток в чашках Петри на влажной ткани, пропитанной снеговой водой, взятой с микрорайона Ветлужанка, улицы Тельмана и улицы Молокова (по 1 л воды с каждого района) при температуре 23–24° С, в четырех повторностях. В каждую чашку Петри высевали по 30 семян. Первый полив производился снеговой водой до насыщения ткани влагой, сверху накрывали фильтровальной бумагой. Последующие поливы производились отстоянной водопроводной водой, чтобы при испарении не возросла концентрация загрязняющих веществ, что могло бы неблагоприятно повлиять на проращивание кресс-салата. При этом для контроля используется проращивание семян в отстоянной водопроводной воде в тех же четырех повторностях. На третий день определяли энергию прорастания семян (% нормально проросших семян), т.е. способность семян быстро и дружно прорастать за более короткий период, чем при определении всхожести.

На седьмой день определяли всхожесть, т.е. способность семян образовывать нормально развитые проростки, а на четырнадцатые сутки измеряли длину побега и корешка (см) и массу проростков (г). Таким образом, основными параметрами для оценки степени токсичности проб снеговой воды были выбраны: энергия прорастания, процент всхожести семян, длина корешка проростков, длина побега, масса проростков.

Биометрическая обработка результатов проводилась при помощи программы Microsoft Excel 97.

Были получены следующие результаты. Фильтрование снеговой воды показало, что наибольший осадок присутствует в пробе с улицы Молокова. Так, в декабре его масса в 100 г воды составляла 7,8 г, в феврале – 18,6 г (табл.1). Масса взвесей в снеговой воде была меньше в микрорайоне Ветлужанка в 3,1 и 4,5 раза, ул. Тельмана – в 1,4 и 1,8 раза соответственно. Разница достоверна.

Масса примесей в снеговом покрове разных районов г. Красноярска, г

Таблица 1

Район исследования	Время отбора проб
	15 декабря	15 февраля
М-н Ветлужанка	2,5±0,03	4,1±0,01
ул. Молокова	7,8±0,04	18,6±0,03
ул. Тельмана	5,4±0,02	10,2±0,05

Следует отметить значительное увеличение количества взвесей в талой воде за 2 месяца (с 15 декабря по 15 февраля) во всех районах исследования. Так, в мкр. Ветлужанка масса осадка возросла в 1,6 раза, ул. Молокова – в 2,4 раза, ул. Тельмана – в 1,9 раза.

В качестве одного из методов фитотестирования используется оценка жизнеспособности семян растений, так как семена наиболее чутко реагируют на специфические стрессовые факторы, к которым не успело адаптироваться растение во время экогенеза.

• В    лабораторно-вегетационном эксперименте были изучены энергия прорастания (на 3-и сутки) и всхожесть (на 5-е сутки) семян кресс-салата. Рост и развитие проростков оценивали одновременно с определением всхожести по следующим параметрам: длина побега, длина корней.

Результаты проведенного опыта по энергии прорастания и всхожести семян кресс-салата приведены в таблице 2 .

Таблица 2

Энергия прорастания и всхожесть семян кресс-салата, %

Район исследования	Энергия прорастания		Всхожесть
	15 декабря	15 февраля	15 декабря	15 февраля
Контроль (вода водопроводная)	100,0	99,4	97,8	96,5
м-н Ветлужанка	95,6	83,2	93,3	78,4
ул. Молокова	78,9	57,4	74,4	48,5
ул. Тельмана	84,4	67,2	77,8	61,7

Из табличных данных видно, что энергия прорастания семян выше на образцах снеговой воды, взятой в микрорайоне Ветлужанка, и составляет 95,6% при отборе проб 15 декабря и 93,3% на пробах снега 15 февраля. Наименьшая энергия прорастания наблюдается у семян кресс-салата, проращиваемых на снеговой воде с улицы Молокова. Она ниже на 16,7 и 25,8% по сравнению с Ветлужанкой и на 5,5 и 9,8% с ул. Тельмана. Разница с контролем составила 21,1 и 42,0%.

Для определения токсичности осадков использовали метод учета энергии прорастания семян тест-растения в опытных вариантах, выраженных в процентах к контролю. Принимали следующую градацию: 100% – нет токсичности; 80–90% – очень слабая токсичность; 60–80% – слабая; 40–60% – средняя; 20–40% – высокая токсичность; 0–20% – очень высокая токсичность.

По оценке энергии прорастания тест-объекта можно сделать вывод, что на 15 декабря снежный покров в Ветлужанке нетоксичен, на ул. Тельмана имеет очень слабую токсичность, на улице Молокова – слабо токсичен. На 15 февраля снег в Ветлужанке имеет очень слабую токсичность, на ул. Тельмана – слабую токсичность, на ул. Молокова – становится средне токсичным.

При определении всхожести семян было обнаружено, что всхожесть семян кресс-салата, проращиваемых на снеговой воде, полученной из проб, взятых в конце зимы, по сравнению с декабрем значительно снижается. Так, разница с контролем по данному показателю по образцам, взятым 15 декабря в мкр. Вет-лужанка, составляла 4,5%, 15 февраля – 18,1%, на ул. Тельмана – 20,0 и 34,8%, на ул. Молокова – 23,4 и 48,0% соответственно.

Полученные данные свидетельствуют о том, что степень токсичности проб снега, взятых с улиц Молокова и Тельмана, значительно выше, чем в микрорайоне Ветлужанка. Наибольшей токсичностью отличается снеговой покров на улице Молокова в конце зимы.

Рост и развитие тестируемых проростков указывает на степень их угнетения или благоприятного состояния. При изучении морфологических параметров проростков тест-растений были получены следующие результаты (табл. 3).

Характеристика проростков кресс-салата

Таблица 3

Район исследования	Длина побегов, мм		Длина корней, мм
	15 декабря	15 февраля	15 декабря	15 февраля
Контроль	3,41±0,32	3,54±0,26	1,65±0,11	1,54±0,04
м-н Ветлужанка	3,51±0,29	3,35±0,25	1,67±0,14	1,63±0,07
ул. Молокова	2,42±0,17	1,98±0,23	1,38±0,12	1,05±0,14
ул. Тельмана	3,97±0,24	2,89±0,14	1,72±0,17	1,21±0,15

Разница по длине корней и длине побегов кресс-салата между контрольными тест-растениями и растениями, выращиваемыми на снеговой воде, полученной из образцов, отобранных 15 декабря в мкр. Ветлу-жанка и на ул. Тельмана, статистически недостоверна. Достоверные отличия получены у растений, проращиваемых на снеговой воде с ул. Молокова. Разница составила по длине побегов кресс-салата – 1,4–1,64 раза, по длине корня – 16,4–19,8%.

Результаты по морфометрическим показателям проростков, полученных на снеговой воде из образцов, отобранных 15 февраля, достоверно отличались от контроля из двух районов исследования (ул. Молокова и Тельмана).

Таким образом, оценив состояние образцов снегового покрова, взятых из разных районов города, с разной степенью антропогенного загрязнения с помощью семян кресс-салата, было выяснено, что наиболее загрязненной является улица Молокова.