ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 1, с. 21-25
УДК 504.54.001.5;04.064
СОЗДАНИЕ ТЕСТ-СИСТЕМЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОКСИЧНОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ, РАЗМЕЩАЕМЫХ
В ПРИРОДНОЙ СРЕДЕ
© 2004 г. С. Ю. Селивановская, В. 3. Латыпова
Казанский государственный университет 420008 Казань, ул. Кремлевская, 18 Поступила в редакцию 16.01.2002 г.
Предложен состав тест-системы, используемой для определения токсичности методом биотестирования многокомпонентных образований, размещаемых в природной среде, на примере осадков сточных вод. Рассмотрены принципы создания тест-системы и ранжирования образцов многокомпонентных образований по категориям опасности.
Ключевые слова: тест-система, осадки сточных вод, Paramecium caudatum, Daphnia magna, Raphanus sativus, Pseudomonas putida.
Значительный ущерб природной среде наносят размещаемые в ней многокомпонентные образования (отходы производства и потребления и др.), вызывая прогрессирующую техногенную деградацию природных комплексов. К их числу относятся осадки сточных вод, являющиеся многотоннажным отходом коммунального хозяйства крупных городов (Hue, 1995; Латыпова, Селивановская, 1999) и содержащие целый комплекс соединений, весь спектр которых невозможно предвидеть. Тем не менее их опасность для экосистем в местах их размещения оценивается на основании компонентного состава и рассчитанного на основе данных о валовом содержании токсикантов класса токсичности ("СанПиН 2.1.7.573-96", 1997; Bodzek, Janoszka, 1999; Scancar et al., 2000; "Критерии ...", 2002; Cornu et al., 2001; Wong et al., 2001).
Наиболее полно учесть воздействие осадков сточных вод на биоту позволяет биотестирование, нашедшее широкое применение при оценке состояния природных сред. Все чаще для подобных исследований применяют, помимо индивидуальных тестовых организмов, также и тест-системы (Кабиров и др., 1997; Ronnpagel et al., 1998; Bierkens et al., 1998; Латыпова и др., 1999; Juvonen et al., 2000; Lopez-Gastey et al., 2000; Kordel, Rom-bke, 2001; Markwiese et al., 2001; Kapanen, Itavaara, 2001). Однако при попытке использовать данные биотестирования возникает основная проблема -интерпретация полученных результатов. Действительно, конечным результатом подобных исследований, как правило, является лишь факт наличия либо отсутствия токсического эффекта многокомпонентного образца на какой-либо
тест-объект, что само по себе не позволяет классифицировать исследуемые образцы по степени их опасности для экосистем. В литературе представлены подходы к разработке методик для оценки токсичности почвы как многокомпонен-той системы, включающие простую математическую обработку результатов биотестирования или сочетание параметров токсичность-площадь проявления фактора (Башкин и др., 1993; Kapust-ka et al., 1995; "Bioassay for soil", 1995; Кабиров и др., 1997). Актуальна также проблема поиска подходов к оценке опасности осадков сточных вод, для которых не разработано ни системы биотестов, ни способов интерпретации результатов.
Цель данной работы - экспериментальное обоснование системы тест-объектов для определения токсичности многокомпонентных осадков сточных вод и разработка классификации ответной реакции созданной системы для ранжирования осадков по категориям опасности.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В работе использовали модельные образцы на основе реальных осадков станции очистки сточных вод г. Казани (Республика Татарстан). Для определения токсичности использовали водные экстракты осадков. Образцы высушивали до сухого веса, растирали в почвоизмельчителе, просеивали через сито (2 мм), а затем осуществляли экстракцию при соотношении осадка и воды 1 : 10. Смесь взбалтывали в течение 1 ч и отстаивали в течение 24 ч. Затем полученную суспензию центрифугировали при 5000 об/мин и надоса-дочную жидкость применяли для биотестирова-
Таблица 1. Валовое содержание металлов (мг/кг сухого вещества) в модельных образцах осадков сточных вод
Металл
Образец
К10 К100 К1000
Zn 611±115 6589 ± 1224 64112±13556
Cd 4.9 ± 0.8 54 ± 12 456 ±134
Pb 148±211 1455 ± 245 16822±4006
Hg 2.4 ± 0.6 28 ± 5 210 ± 35
Cu 211 ± 45 2455 ± 566 23589±4112
Ni 72 ± 14 649 ± 126 6225 ±1025
As 3.8 ± 0.6 26 ± 4 368 ± 78
Cr 197 ± 36 2201± 357 18560±4232
Mn 291 ± 58 3345 ± 844 32666 ± 6548
ния с использованием следующих тест-объектов: Paramecium caudatum (Selivanovskaya et al., 1997), Daphnia magna (ПНД Ф T 14.1:2:3:4.3-99, 1999), Raphanus sativus (СанПиН 2.1.7.573-96, 1997), Pseudomonas putida (ISO 10812, 1995).
Тест-рекциями служили гибель P. caudatum при одночасовой экспозиции с исследуемым экстрактом; гибель клеток D. magna при 96-часовой экспозиции с исследуемым экстрактом; интенсивность прорастания семян R. sativus в течение 72 ч при контакте с исследуемым экстрактом; ингиби-рование роста культуры Ps. putida в течение 16 ч.
Валовое содержание металлов в образцах осадков сточных вод определяли в 1 г образца после мокрого озоления концентрированной азотной кислотой с 3%-ной H2O2. Содержание металлов оценивали методом атомно-абсорбционной спектрометрии на приборе Analyst-300 (Perkin-Elmer).
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы "Origin 4.1".
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В настоящее время в литературе широко обсуждается вопрос о критериях пригодности различных тест-объектов для анализа индивидуальных соединений и комплексов токсикантов, обнаруживаемых в составе различных природных сред. В предлагаемую нами систему для оценки токсичности осадков сточных вод входят Ps. putida, P. caudatum, D. magna, R. sativus. Целесообразность применения этих тест-объектов обусловлена тем, что различные способы обращения с осадками сточных вод (захоронение, использование в качестве удобрения или почвоулучшителя) предполагают контакт элементов осадка как с организмами почвенного сообщества, так и водного (при поверхностном смыве осадков с почвенной поверхности или миграции в грунтовые воды), а
также возможность их транслокации в растительные организмы. Организмы, включенные нами в систему тест-объектов, чувствительны к токсикантам, присутствующим в составе осадков сточных вод, и являются обитателями водных и наземных экосистем. Методики биотестирования с использованием этих тест-объектов широко известны, разработаны методы их стандартизации.
На первом этапе исследования были специально приготовлены модельные образцы на базе реальных осадков, отобранных на станции очистки сточных вод г. Казани. При приготовлении модельных образцов исходили из следующего. Во-первых, металлы являются основными токсикантами, присутствующими в осадках в значительных количествах. Их высокое содержание обусловливает высокие значения показателей степени опасности компонента (К¡) и, как следствие, высокий класс опасности осадка в целом, определенный расчетным способом ("Критерии...", 2002). Именно поэтому модельные образцы различались по содержанию металлов, которые варьировали в определенных соотношениях. Во-вторых, использование в качестве матрицы модельных образцов реального осадка крупного промышленного города позволяет включить в спектр оцениваемых компонентов, помимо металлов, также и все органические токсиканты. В-третьих, при составлении модельных образцов было принято соотношение между содержанием И§, Ав, Сё, N1, РЬ, Сг, Си, Мп и 2п, согласующееся с соотношением, указанным в СанПиН 2.1.7.573-96 (1996).
Для приготовления модельных образцов первоначально было определено содержание металлов в реальном образце отобранного осадка. Затем реальный осадок был разведен биогумусом так, чтобы снизить содержание металлов до концентрации, позволяющей отнести осадок к классу практически неопасных. На следующем этапе осадок делили на три части и добавляли металлы в виде растворимых солей. Суммарное содержание металлов в полученных образцах приведено в табл. 1.
Для того чтобы перевести металлы в формы, присущие осадкам, приготовленные образцы инкубировали при комнатной температуре в течение одного месяца. Предварительная инкубация осадков способствует образованию микробных интермедиатов, которые также могут вносить вклад в формирование общей токсичности осадков. Такой способ внесения металлов позволил смоделировать образцы (К1000, К100 и К10), у которых индексы экологической опасности (К) осадка оказались очень близкими к 1000, 100 и 10. Эти значения являются граничными при ранжировании отходов по классам опасности: опасные, умеренно опасные, малоопасные, практически не опасные ("Критерии.", 2002). Таким образом,
Токсичность, пробиты (а) (б)
logC logC
Токсичность водного экстракта модельных образцов осадка сточных вод К100 (1) и К1000 (2), определенная с использованием Paramecium caudatum (а), Raphanus sativus (б), Pseudomonas putida (в), Daphnia magna (г).
последующая оценка токсичности указанных модельных осадков позволила определить диапазон значений ответных реакций тест-организмов, вызываемых осадками, относящимися к разным классам опасности.
Данные, представленные на рисунке, свидетельствуют о наличии корреляции между уровнем токсичности и содержанием металлов в образцах. Разные тест-организмы продемонстрировали различную чувствительность по отношению к модельным образцам, однако, поскольку методы определения токсичности с их использованием предполагают различное время контакта с токсикантом, выявление более или менее чувствительного организма представляется некорректным. Оценка токсичности показала отсутствие достоверных различий в уровнях токсичности исходных экстрактов образца К10 по сравнению с контролем в случае всех организмов. Поэтому
кратность разбавления образца, вызывающая 10%-ный эффект, принята равной нулю. На основании полученных результатов биотестирования двух других образцов с использованием всех тест-объектов с помощью графического метода (ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.3-99, 1999) были установлены кратности разбавлений (ЭКр10) водных экстрактов, вызывающих 10%-ное изменение тест-параметра. Этот параметр выбран исходя из того, что он, во-первых, широко используется в токсикологии, а во-вторых, с позиций устойчивости популяции -экосистема, в которой погибло не более 10% о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.