В исследовании проверена гипотеза о негативном влиянии органических соединений в составе сточных вод на развитие водной растительности естественных экосистем. В качестве модельных представителей, на которых экспериментальным путём проводилось воздействие органическими веществами в водных растворах были выбраны нитчатые водоросли.
Ключевые слова: сточные воды, водные экосистемы, водоросли, органические вещества в стоках, деградация клеток.
Органические вещества в сточных водах, предельно допустимые концентрации которых превышают установленные законодательством РФ значения сброса, оказывают негативное воздействие на водные экосистемы, которые выступают первым звеном в попадании избытка синтетических химических соединений в природные сообщества и окружающую среду [2]. В нашем исследовании целью было проверить какое именно влияние некоторые органические соединения способны оказывать на водоросли.
Водоросли являются производителями глюкозы в водных сообществах, средообразователями и источником белка для других организмов сообщества. Превышение концентраций органических веществ в водной среде из-за деятельности недобросовестных предприятий по сбросу в водные источники сточных вод провоцирует нарушение баланса среди биологических видов, обитающих в воде, и способно оказывать деградирующее воздействие на организмы при длительном контакте вещества с организмом [1]. Заводы и производственные базы осуществляют сброс сточных вод в больших объемах в пресноводные водоёмы, тем самым нарушая жизнедеятельность их обитателей в долгосрочной перспективе.
Работа посвящена исследованию деградации и потенциальным нарушениям жизнедеятельности пресноводных нитчатых водорослей. В качестве органических веществ, которые выступали векторами воздействия, были выбраны: муравьиная кислота, дихлорметан и гексан. Гексан может попасть в сточные воды через промышленные предприятия, где он используется в качестве растворителя, топлива или сырья для производства других химических веществ. Неправильная утилизация отходов, содержащих гексан, также может привести к его попаданию в окружающую среду. Дихлорметан (метиленхлорид) может содержаться в сточных водах, образующихся при производстве и использовании различных продуктов, таких как синтетические смолы, масла, мазут, лакокрасочные материалы, продукты и отходы нефтепереработки, органический синтез, смазочно-охлаждающие жидкости и содержимое средств и систем огнетушения [3]. Муравьиная кислота попадает в сточные воды в результате биохимических процессов, например, при разложении растительных и животных организмов. Также она может поступать из промышленных стоков химической промышленности. В процессе естественной жизнедеятельности организмов обычно концентрация муравьиной кислоты в водных объектах незначительна, так как она быстро разлагается. Однако именно в стоках она встречается в виде солей — формиатов [4]. Эксперимент проводили следующим образом:
1) отбор в отдельные пробирки воды из пресноводного водоёма и нитчатых водорослей;
2) оценка морфологии водорослей до постановки эксперимента$
3) воздействие в течение 2 недель выбранными опытными веществами на водоросли в капельном соотношении: 5 мл воды в пробирке, 1 капля опытного раствора (муравьиная кислота, гексан, дихлорметан). Для сравнения результатов был поставлен отрицательный контроль (вода без содержания органики);
4) оценка морфологии водорослей в каждой пробе после эксперимента спустя 2 недели, описание полученных результатов.
Микрофотография водорослей в контрольной пробе до и после эксперимента не отличалась, деградация клеток не идентифицирована, колония развивалась дальше, прогрессировала в размерах (рис.1):
Рис. 1. Контрольный образец нитчатых водорослей. До постановки опыта (слева, увеличение 40х) и спустя 2 недели (справа, 100х)
Микрофотографии опытных образцов после эксперимента представлены в таблице 1.
Таблица 1
Микрофотографии водорослей (опытные образцы) после постановки эксперимента
|
Описание результата |
Образец |
|
Воздействие муравьиной кислотой. Наблюдается разрушение клеток, отслоение клеточных стенок. |
|
|
Воздействие дихлорметаном. Явная реакция на воздействие, происходит отслойка клеточной стенки, форма клеток стала более вытянутая |
|
|
Воздействие гексаном. Клетки видоизменены, наблюдается деградация формы клеток, частичная гибель водорослей. Хлоропласты переместились в середину клетки |
|
Как видно в таблице 1, избыток солей муравьиной кислоты, накопленных за время экспериментального воздействие, имел максимально стрессовое воздействие на клетки, вызвав их гибель. Дихлорметан в результате длительного воздействия на клетки вызвал патологию клеток в виде отслоек клеточных стенок, видоизменение формы прямоугольных клеток (первоначальная форма) в вытянутые, овальные. Воздействие гексаном было отмечено одним из самых явных, так как была отмечена скученность хлоропластов в центре, частично клетки погибли, колония развивалась ограниченно.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1) Органические вещества оказывают негативное, разрушительное воздействие на клетки водорослей и жизнедеятельность колонии.
2) Снижается способность к полноценному фотосинтезу, потому что клетки водорослей под воздействием агрессивной органики частично теряют свой фотосинтетический аппарат или его деятельность (деятельность хлоропластов) ограничена.
3) Наибольшую степень деградации клеток водорослей наблюдается в пробе с муравьиной кислотой, где клетки подверглись практически полному разрушению (гибель колонии).
4) Все органические вещества в эксперименте оказали патологическое воздействие на водоросли.
5) Органические вещества в составе сточных вод при превышении предельно допустимых концентраций в водных объектах нарушают устойчивость экологического сообщества.
Литература:
- Ф. М. Шакирова. Неспецифическая устойчивость растений к стрессовым факторам и ее регуляция. Уфа: Гилем, 2001. − 160 с.
- Четина О. А. Учебная практика по физиологии и биохимии растений: учеб. пособие / сост. О. А. Четина, Л. А. Чудинова; Перм. гос. нац. исслед. ун-т. — Пермь, 2018. — 94 с.
- Ефремов, И. В. Исследование процесса очистки сточных вод с использованием ионообменных смол: методические указания / И. В. Ефремов, Л. А. Быкова, Е. Л. Горшенина; Оренбургский гос. ун-т. — Оренбург: ОГУ, 2018. — 27 с.
- Анализ сточных вод по перечню запрещённых к сбросу веществ. / Электронный ресурс. Режим доступа: https://lab-24.ru/catalog/analiz-stochnykh-vod-po-perechnyu-zapreshchennykh-k-sbrosu-veshchestv/
