XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Влияние отработанных элементов питания на жизнедеятельность зоопланктона
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Проблемы раздельного сбора отходов и их утилизации, как и проблемы загрязнения водной среды, на сегодняшний день являются одними из глобальных проблем экологии. Меня заинтересовал вопрос о влиянии отработанных элементов питания на водные микроорганизмы, ведь неправильно утилизированные отработанные батарейки могут загрязнять не только почву, но водоемы.
Цель моей работы: установить степень влияния различных видов отработанных батареек на жизнеспособность представителей зоопланктона.
Для достижения цели мы поставили перед собой следующие задачи:
1. Изучить печатную литературу и материалы Интернет-ресурсов по вопросам наличия в составе батареек опасных химических веществ и их воздействия на окружающую среду, изучения методов биотестирования.
2. Провести исследование влияния отработанных наиболее часто используемых видов элементов питания на жизнеспособность зоопланктона.
3. Проанализировать полученные результаты, сделать выводы о степени влияния отработанных батареек на жизнеспособность зоопланктона.
Гипотеза: предполагаем, что отработанные элементы питания негативно повлияют на жизнеспособность зоопланктона; степень неблагоприятного влияния различных видов батареек будет отличаться.
Тема исследования была предложена автором лично. План проведения исследования, подготовка отчета – совместная работа автора и руководителя. Автор принимал непосредственное участие в проведении эксперимента, обработке и анализе полученных данных.
Работа проводилась с августа по октябрь 2021 года.
На сегодняшний день уже существуют научные работы и проекты, посвященные изучению влияния батареек на различные виды растений, на химический состав и физико-химические показатели почвы и воды. Новизной нашего исследования является установление влияния различных видов отработанных батареек на представителей гидробионтов – зоопланктон.
ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Материалы исследования
1.1.1. Объекты исследования
Объектом исследования являлись представители пресноводного зоопланктона – Дафнии Магна (DaphniamagnaStraus), и представители зоопланктона соленых вод – Артемии салина (Artemiasalina).
Дафния Магна, или водяная блоха, — довольно крупный вид подотряда Ветвистоусые ракообразные (Отряд Листоногие, Подкласс Жаброногие).
Дафния относится к пресноводным ракообразным планктонным существам, имеющих округлое тело. Дафния Магна – самый крупный вид (самки достигают до 6 мм, самцы – до 2 мм). Карапакс (панцирь из хитина) - прозрачный, имеет форму двустворчатой раковины и прикрывает все тело.Антеннулы небольшие, антенны – двуветвистые, крупные, благодаря им рачки могут делать резкие скачки в воде. На голове имеется два глаза и своеобразный клюв, под которым находятся обонятельные щетинки. Брюшко короткое нерасчлененное с коготкообразный вилочкой. Под карапаксом на спине имеется выводковая камера, в которую откладываются яйца. Весной и летом дафнии размножаются партеногенезом (дают потомство каждые 4 дня по 20-30 яиц), осенью – половым способом (дают потомство каждые две недели по 80-90 яиц). Продолжительность жизни Дафнии от 15 до 21 недели. Дафнии являются кормовой базой для многих видов рыб [2, с.155].
Артемия салина – представитель планктонных ракообразных отряда Жаброногие (Беспанцирные).
Артемии обитают в соленых озерах и морских лиманах. Тело длиной около 1 см не имеет панциря. На голове расположены антенны, нитевидные антеннулы, 3 глаза. У самцов антенны преобразованы в хватательные органы. Одиннадцать грудных сегментов несут конечности с листовидными жабрами. Брюшко заканчивается вилочкой, длина которой зависит от солености воды. У самок на брюшке один яйцевой мешок. Размножаются половым способом и партеногенезом. Средняя плодовитость 50-60 яиц, помет каждые 5-7 дней. Продолжительность жизни от 20 до 25 недель. Артемии служат кормовой базой для откорма молоди рыб [2, с.153].
Предмет исследования – воздействие продуктов разложения батареек на жизнеспособность и плодовитость Дафний и Артемий [1, с.99].
1.1.2. Оборудование, использованное для выполнения работы
При выполнении исследования использовались: 18 стеклянных стаканчиков (по 200 мл), 3 трехлитровых стеклянных ёмкости, 1 щелочная батарейка (класс АА), 1 солевая батарейка (класс АА), морская соль – 100 г, песок – 100 г, вода отстоянная (фильтрованная) – 25 л, живая культура Дафнии, яйца (циста) Артемий сухие – 10г, фонарь (настольная лампа), дрожжи хлебопекарские сухие, лупа, предметные стекла, пипетки с опалёнными закругленными концами и резиновой грушей, микроскоп школьный ЮННАТ 3П-3М (объектив -*4, окуляр - *10).
1.2. Методы исследования
Исследования включали несколько этапов:
составление плана исследований, изучение литературных источников и Интернет-ресурсов, подборка методик;
проведение биологического эксперимента методом биотестирования по определению жизнеспособности и плодовитости представителей зоопланктона;
статистическая обработка полученных данных, анализ, обобщение и оформление полученных результатов.
1.2.1. Подготовка к биотестированию
Всю посуду, использованную в процессе подготовки и проведении биотестирования, подвергают стерилизации кипячением.
Для подготовки культивационной воды, используемой для культивирования тест-объектов, а также в качестве контрольной при биотестировании, питьевую воду отстаивают и аэрируют в течение 3-7 суток в бутылях из бесцветного стекла (при отсутствии питьевой воды удовлетворительного качества допускается использование бутилированной негазированной питьевой воды) [3, с.9].
1.2.2. Культивирование тест-объектов
Живая культура Дафнии приобретается в специализированных организациях. В подготовленные стеклянные сосуды объемом 3-5 л с культивационной водой вносятся особи Дафнии. Адаптация Дафний к новым условиям происходит в течение 5-7 суток. Для поддержания культуры необходимы оптимальные условия (отсутствие токсических паров, оптимальная температура 18-22°С, продолжительность светового дня 12-14 часов). Кормом для Дафний служат хлебопекарные дрожжи. Кормят дафний ежедневно, один раз в сутки. Раз в 10 суток половину объема воды с культурой Дафний заменяют на свежую, удаляют скопившийся на дне осадок. Аэрация воды не проводится [3, с.11].
Культивирование Артемий осуществляется из сухих цист. В стеклянную ёмкость объемом 3 л наливают отстоянной (отфильтрованной) либо бутилированной воды, добавляют 60 г морской соль (не йодированной!), перемешивают до полного растворения. Также можно добавить песок. Когда песок осядет, в воду высыпают 1-2 г (1-2 чайные ложки) сухих цист Артемии. Для поддержания культуры необходимы оптимальные условия (отсутствие токсических паров, оптимальная температура 18-22°С, продолжительность светового дня 12-14 часов). После 48 часов после вылупления рачков необходимо начать их подкармливать 1 раз в 2 дня.
Для приготовления дрожжевого корма 1 г свежих (0,3 г воздушно-сухих дрожжей) заливают 100 мл дистиллированной воды. После набухания дрожжи тщательно перемешивают, дают отстояться в течение 30 мин. Надосадочную жидкость добавляют в сосуды с дафниями в количестве 3 мл на 1 л воды.
1.2.3. Метод биотестирования
Метод проведения эксперимента – биотестирование (оценка уровня жизнеспособности представителей зоопланктона) - основан на определении смертности тест-объектовпри воздействии токсических веществ, присутствующих в исследуемой водной среде, по сравнению с контрольной культурой в пробах, не содержащих токсических веществ (контроль).
Биотестирование по определению токсического действия проводят с соблюдением требований к температуре, продолжительности фотопериода и качеству культивационной воды. Определение токсичности каждой пробы проводят в 3-х параллельных сериях.
Смена растворов на новые осуществляют через каждые пять суток. Для смены растворов готовят 3 параллельных ряда испытуемых разбавлений (и контроль), аналогичных исходным, куда из старых растворов выжившие дафнии переносят при помощи пипетки с оплавленным концом.
Биотестирование проводят в химических стаканах вместимостью 150-200 см3, которые заполняют 100 см3 исследуемой воды, в них помещают по десять синхронизированных по возрасту Дафний [3, с.31].
1.2.4. Метод наблюдения и учета смертности
Учет смертности в опыте и контроле проводят один раз в сутки ежедневно до конца опыта. Погибших дафний, абортивные яйца, молодь удаляют пипеткой. Для достоверности гибели рассматривают тест-объекты под микроскопом. Результаты экспериментов заносят в рабочий лист.
1.2.5. Методы математического анализа данных
Полученные данные подвергаем математической обработке: вычисляем средние арифметические рядов по общепринятым статистическим методам. Так как проводилось сплошное исследование, а не выборочное, то ошибками средних арифметических можно пренебречь.
Для определения токсичности проб воды рассчитывают процент погибших тест-объектов (А, %) по сравнению с контролем по формуле:
А= *100%, где
где Хк — количество выживших дафний в контроле;
Хт — количество выживших дафний в исследуемой воде.
При А ≤ 10 % - исследуемая вода не оказывает острого токсического действия. При А ≥ 50 % - тестируемая вода оказывает острое токсическое действие [3, с.33].
ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
2.1. Проведение эксперимента по изучению степени влияния отработанных солевых и щелочных элементов питания на жизнеспособность зоопланктона
С целью изучения степени влияния отработанных солевых и щелочных батареек на жизнедеятельность представителей зоопланктона был проведен эксперимент методом биотестирования. Эксперимент проводили в лабораторных условиях (в учреждении образования) с 27 сентября по 17 октября 2021 года. Условия соответствовали требованиям.
В начале августа (02.08.2021г) в две трехлитровые стеклянные ёмкости с бутилированной отстоянной негазированной водой были внесены заранее поврежденные использованные батарейка: в одну ёмкость – солевая батарейка (сосуд №1), в другую – щелочная (сосуд №2). Ёмкости крышками не закрывались. При необходимости вода в ёмкости доливалась до необходимого уровня. Время выдержки элементов питания в воде составило – 57 суток.
В специализированной организации была приобретена синхронизированная (одновозрастная) живая культура Дафии магна, которая была «переселена» в заранее подготовленную ёмкость объемом 1 л с бутилированной очищенной негазированной водой (фото 1). По истечении времени адаптации к новым условиям (1 неделя), особи Дафнии начали размножаться. Молодь отлавливали ежедневно и отсаживали в другие ёмкости. Раз в 10 суток половину объема воды заменяли на свежую, удаляли осадок. Кормили Дафний один раз в сутки хлебопекарскими дрожжами согласно методике. Аэрацию воды не проводится.
Культивирование Артемий осуществлялось из сухих цист, приобретенных в специализированной организации (фото 2). Стеклянная ёмкость объемом 3 л заполнялась бутилированной отстоянной негазированной водой с добавлением 60 г морской не йодированной соли. В данную ёмкость высыпались 2 чайные ложки сухих цист Артемии салина. Первые рачки появились спустя 22 часа (фото 3). Кормление рачков осуществлялось согласно рекомендациям 1 раз в 2 дня, но не ранее 48 часов после вылупления Артемии подкармливались дрожжевым кормом, приготовленном согласно методики. Ежедневно проверяли наличие молоди и, при её наличии, отсаживали в другие ёмкости.
Продолжительность светового дня 12-14 часов для нормальной жизнедеятельности Дафний и Артемий достигалась с помощью использования настольной лампы.
Согласно методике проведения биотестирования, опыт проводили в стеклянных ёмкостях объемом 200 мл (химические стаканы). Исследование проводилось в трехкратном повторении.
В первые три ёмкости (образцы №1,2,3) наливали 100 мл отстоянной бутилированной воды и вносили 10 особей Дафнии магна (контроль), в другие три ёмкости (образцы №4,5,6) – вносили также 10 особей Дафнии магна, и наливали 100 мл воды из сосуда №1 (вода с деформированной солевой батарейкой), образцы №7,8,9 – вносили также 10 особей Дафнии магна, и наливали 100 мл воды из сосуда №2 (вода с деформированной щелочной батарейкой).
Аналогично ставили эксперимент с тест-объектом Артемией.
В образцы №10,11,12 наливали 100 мл отстоянной бутилированной воды и вносили 10 особей Артемия салина (контроль), в другие три ёмкости (образцы №13,14,15) – вносили также 10 особей Артемии, и наливали 100 мл воды из сосуда №1 (вода с деформированной солевой батарейкой), образцы №16,17,18 – вносили также 10 особей Артемии, и наливали 100 мл воды из сосуда №2 (вода с деформированной щелочной батарейкой).
Ежедневно в течение трех недель наблюдали за жизнедеятельностью тест-объектов. Количество выживших особей отмечали в рабочем листке (фото 4). Выживаемость определяли как среднее арифметическое по каждой группе образцов (среднее арифметическое трехкратного повторения). Для достоверности гибели особей, рассматривали предположительно погибших под микроскопом (фото 5-7).
Результаты наблюдений представлены в таблице 2.3.1 (Приложение 1). Из данной таблице видно, что выживаемость тест-объектов в образцах воды, загрязненной использованными батарейками, резко отличается от выживаемости тест-объектов в контрольных образцах.
Выживаемость Дафний магна во всех образцах первые двое суток оставалось примерно одинаковым. Начиная с третьих суток, количество выживших Дафний начинает уменьшаться в образцах с водой, содержащей токсины солевой батарейки. Начиная с седьмых суток наблюдали постепенное уменьшение выживших особей и в образцах с водой, содержащей токсины щелочной батарейки (рисунок 2.3.1).
Рисунок 2.3.1 – Количество выживших Дафний в образцах
На 7, 14, 21 сутки определяли процент погибших Дафний магна по сравнению с контролем (рисунок 2.3.2). Из диаграммы видно, процент погибших Дафний, живущих в воде с продуктами распада солевых батареек, равномерно возрастает на протяжении проведения эксперимента. Процент погибших Дафний, живущих в воде с продуктами распада щелочных батареек, резко возрастает на второй неделе эксперимента (с 13% до 63%), к концу третьей недели – процент погибших равен 100%.
Рисунок 2.3.2 – Процент погибших Дафний в образцах по сравнению с контролем
Выживаемость Артемии салина во всех образцах первые двое суток оставалось примерно одинаковым. Начиная с третьих суток, количество выживших Артемий начинает уменьшаться в образцах с водой, содержащей токсины щелочной и солевой батареек. Причем более резкое снижение выживших особей наблюдается в образцах с водой, содержащей токсины щелочной батарейки (рисунок 2.3.3).
Рисунок 2.3.3 – Количество выживших Артемий в образцах
Если сравнить выживаемость тест-объектов между собой, прослеживается, что более токсичны продукты распада батареек в соленой воде (на Артемий).
На 7, 14, 21 сутки определяли процент погибших Артемий салина по сравнению с контролем (рисунок 2.3.4). Из диаграммы видно, процент погибших Артемий, живущих в воде с продуктами распада солевых батареек, равномерно возрастает на протяжении проведения эксперимента. Процент погибших Артемий к концу второй недели во всех образцах, кроме контроля, равен 100%.
Рисунок 2.3.4 – Процент погибших Артемий в образцах по сравнению с контролем
Таким образом нами установлено, что токсичность вод, содержащих продукты распада использованных элементов питания, влияет на жизнеспособность представителей зоопланктона (Дафний магна и Артемий салина). Для представителей пресноводных представителей зоопланктона более токсичное действие имеют продукты распада солевых батареек. Для представителей зоопланктона соленых вод более токсичное действие имеют продукты распада щелочных батареек.
Можем предположить, что токсичное воздействие продуктов распада отработанных элементов питания усиливается в условиях засоления воды.
ВЫВОДЫ
На основании полученных в ходе выполнения работы результатов мы можем сделать следующие выводы:
1. Изучив информационные источники (печатную литературу и Интернет-ресурсы), получили необходимую информацию, подобрали основные методы, определили последовательность проведения исследования.
2. В ходе проведенного эксперимента мы выяснили, что продукты распада солевых и щелочных батареек, находящиеся в воде, отрицательно сказываются на жизнеспособность зоопланктона.
3. Токсичность продуктов распада батареек не одинаково сказывается на жизнеспособности пресноводных представителей зоопланктона и представителей зоопланктона соленых вод. Для представителей пресноводных представителей зоопланктона более токсичное действие имеют продукты распада солевых батареек. Для представителей зоопланктона соленых вод более токсичное действие имеют продукты распада щелочных батареек.
4. Таким образом, в ходе проведённого исследования наша гипотеза подтвердилась: отработанные элементы питания негативно повлияют на жизнеспособность зоопланктона. Причем в условиях пресноводных водоемов более неблагоприятное влияние оказывают солевые батарейка, в условия соленых водоемов – щелочные батарейки.
Полученные в ходе исследования результаты могут быть использованы при организации учебных и факультативных занятий по биологии, экологии, проведении воспитательных мероприятий (фото 8). Наглядно продемонстрировав негативное влияние батареек на водные организмы, мы обратили внимание учащихся на проблему утилизации использованных элементов питания, тем самым внесли небольшой вклад в решение этой насущной проблемы. В учреждении образования стала традиционной акция «Батарейка, сдавайся!». В фойе учреждения установлен небольшой пластиковый контейнер для сбора отработанных батареек.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Голованова И.Л. Влияние тяжелых металов на физиолого-биохимический статус рыб и водных беспозвоночных / И.Л.Голованова // Биология внутренних вод. – 2008. – № 1. – С. 99-108.
Пименова И.Н., Пименов А.В. Зоология беспозвоночных. Теория. Задания. Ответы / И.Н.Пименова, А.В.Пименов – Саратов: Лицей. – 2005. – 287с.
ФР.1.39.2007.03222 Биологические методы контроля. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний – Москва: «АКВАРОС». – 2007. – 51с.
ФОТООЧЕТ
о проведении исследовательской работы
|
Фото 1 |
Фото 2 |
|
Живая культура Дафнии магна |
Цисты Артемий салина |
|
Фото 3 |
Фото 4 |
|
Появление Артемий из цист |
«Рабочий лист» учета тест-объектов |
|
Фото 5 |
Фото 6 |
|
Рассматривание предположительно погибшей особи под микроскопом |
Погибшая Дафния под микроскопом (увеличение *40) |
|
Фото 7 |
Фото 8 |
|
Погибшая Артемия под микроскопом (увеличение *40) |
Демонстрация результатов исследования перед одноклассниками |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Результаты наблюдений
Таблица 2.3.1. Количество выживших особей тест-объектов
|
Тест-объект: Дафния |
Сутки |
Тест-объект: Артемия |
||||||||||||||||
|
Образец № |
Образец № |
|||||||||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|
|
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
1 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
|
10 |
10 |
10 |
10 |
9 |
8 |
10 |
10 |
10 |
2 |
10 |
10 |
10 |
10 |
8 |
10 |
8 |
10 |
10 |
|
10 |
10 |
10 |
9 |
8 |
8 |
10 |
9 |
10 |
3 |
10 |
10 |
10 |
9 |
8 |
9 |
7 |
9 |
10 |
|
10 |
10 |
10 |
8 |
7 |
7 |
10 |
9 |
9 |
4 |
10 |
10 |
10 |
9 |
6 |
9 |
5 |
9 |
9 |
|
10 |
10 |
10 |
7 |
7 |
6 |
10 |
9 |
9 |
5 |
10 |
10 |
10 |
7 |
5 |
9 |
5 |
7 |
7 |
|
10 |
10 |
10 |
6 |
7 |
5 |
10 |
9 |
9 |
6 |
10 |
10 |
10 |
6 |
5 |
8 |
4 |
5 |
6 |
|
10 |
10 |
10 |
5 |
6 |
4 |
9 |
9 |
8 |
7 |
10 |
10 |
10 |
5 |
4 |
7 |
2 |
4 |
6 |
|
10 |
10 |
10 |
5 |
5 |
3 |
9 |
9 |
8 |
8 |
10 |
10 |
10 |
4 |
2 |
7 |
1 |
3 |
5 |
|
10 |
10 |
10 |
4 |
4 |
3 |
8 |
8 |
8 |
9 |
10 |
10 |
10 |
3 |
1 |
6 |
- |
2 |
3 |
|
10 |
10 |
10 |
3 |
4 |
2 |
8 |
8 |
7 |
10 |
10 |
10 |
10 |
2 |
- |
4 |
- |
1 |
2 |
|
10 |
10 |
10 |
3 |
3 |
1 |
7 |
7 |
7 |
11 |
10 |
10 |
10 |
2 |
- |
3 |
- |
- |
1 |
|
10 |
10 |
10 |
2 |
2 |
- |
7 |
6 |
5 |
12 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
3 |
- |
- |
- |
|
10 |
10 |
10 |
- |
1 |
- |
7 |
5 |
3 |
13 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
1 |
- |
- |
- |
|
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
6 |
3 |
2 |
14 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
5 |
2 |
2 |
15 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
4 |
1 |
- |
16 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
3 |
- |
- |
17 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
2 |
- |
- |
18 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
19 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
20 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
10 |
9 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
21 |
10 |
10 |
10 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |