XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Методика биотестирования по гибели пресноводных аквариумных рыб гуппи (Poecilla reticulata peters) в оценке токсичности поверхностно-активных веществ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дуняшева Ю.Т. 1

---

1Муниципальное общеобразовательное автономное учреждение "Лицей информационных технологий №28" города Кирова

Михайлова Е.А. 1

---

1КОГАОУ ДО ЦДООШ

Работа в формате PDF

644.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Серьезность экологических проблем в Кирове не теряет своей актуальности. Я задумалась об оценке влияния поверхностно-активных веществ на природу, когда увидела в Кирове пену в запруде у автомойки в Коминтерне (рис. 1 приложения). Ниже по течению вода проходила через очистные сооружения и впадала в реку Плоскую, а затем в реку Вятку. Тогда у меня возник вопрос: как эта пена влияет на экосистему водоема? Эффективны ли очистные сооружения, чтобы снизить негативное влияние пены и как оценить воздействие моющих веществ? Мы ознакомились с Региональным докладом Министерства охраны окружающей среды Кировской области 2024 года, где состояние реки Плоская характеризуется как стабильное и склонное к улучшению [1], но данных по содержанию анионных поверхностно-активных веществ (АПАВ) в реке не приведено.

В домашнем хозяйстве мы применяем для мытья посуды средство с пометкой «Эко» (Образец 1). На упаковке средства отмечено, что оно является экологичным и не содержит лаурилсульфата натрия (SLS). Я задумалась, может этим средством заменить обычное, на основе АПАВ, то мы снизим негативное воздействие на природу?

Цель работы – изучить выживаемость аквариумных гуппи при воздействии различных концентраций моющих веществ.

Поставленные задачи:

• ознакомиться с литературой по токсикологическим испытаниям, изучить методику для выполнения эксперимента;

• провести эксперимент для средства с пометкой «ECО» и обычного средства (Образец 2), выявить наличие или отсутствие изменений морфологических показателей рыб и показатели их выживаемости;

• по аналогичной методике оценить токсичности воды из природного объекта города Кирова (р. Плоская) и сравнить полученные результаты с воздействием АПАВ;

• сопоставить полученные данные с результатами исследования фитотоксичности АПАВ, полученными в прошлом году.

Объекты исследования – моющие средства: обычный гель и биоразлагаемый гель для мытья посуды. Предмет исследования – оценка токсичности АПАВ методом биотестирования по гибели пресноводных аквариумных рыб гуппи.

Используемые методы исследования:

• сбор материала: обзор литературы и поиск методики эксперимента;

• первичная обработка материала и систематизация: составление плана эксперимента, оценка необходимого количества рыб гуппи и поиск мест для покупки, составление плана отбора проб воды из реки Плоской;

• эмпирические: эксперимент по оценке токсичности, наблюдение, сравнительный анализ результатов эксперимента прошлого года и новых данных. Оценка состояния реки Плоской, сравнение ее с характеристикой, данной в Региональном отчете 2024 года.

Гипотеза: мы думаем, что моющие средства с пометкой «ECО» должны оказать меньшее влияние на жизнеспособность рыб гуппи.

1. АПАВ и окружающая среда

Поверхностно-активные вещества (ПАВ/тензид) – соединения, которое уменьшают поверхностное натяжение. Они имеют высокую растворимость. Активно применяются как компоненты средств для мытья и чистки, косметики, в кожевенной промышленности, в роли пенообразователей, для получения различных химических добавок [2].

Считается, что наибольший экологический урон наносят ПАВ, попадание со сточными водами в водоемы. Уменьшая поверхностное натяжение, ПАВ влияют на содержание кислорода и углекислого газа в воде, что сказывается на жизни всех обитателей вод [10] Для того, чтобы провести оценку воздействия ПАВ на живые организмы, используется метод биотестирования [1].

2. Биотестирование и тест-объекты

Биотестирование – один из основных методов в экологических исследованиях. Этот метод используется для быстрой оценки влияния исследуемых вод на водные биологические объекты [10]. Преимуществом биотестирования по сравнению с химическими методами являются возможность получить суммарную оценку воздействия на живой организм, меньшие трудовые и финансовые траты.

В качестве тест-объекта используют живые организмы (ракообразные, пресноводные рыбы), оценивается их время жизни и реакция на токсичность при помещении в испытуемую воду в сравнении с контролем (чистой водой). В отличие от природных объектов, применение лабораторных культур позволяет проводить испытания в любое время года, даже зимой [10].

Использование гидробионтов в качестве тест-объектов достаточно трудоемко по сравнению с фитотестированием, но оно открывает перспективу прогноза влияния токсического загрязнения на животный мир водного объекта [10].

Биотестирование природной воды требует точного соблюдения одинаковых условий и правил эксперимента. Это объясняется относительно малым содержанием поллютантов и влиянием других постоянных характеристик воды, например жесткости или уровня рН на ее токсичность.

Применяемый нами метод биотестирования имеет особенность – непрерывность. В ходе испытания сначала идет кратковременный анализ, отображающий влияние острой токсичности (96 часов). Если влияние отсутствует, то эксперимент продолжают в испытуемой воде для выявления хронического токсического действия (до 30 суток) [10].

Фитотестирование АПАВ

В 2024 году мы изучали эту проблему, прибегнув к методу фитотестирования – оценки токсикологического влияния химических веществ на растительный мир. В основе метода лежит восприимчивость тест-объектов к внешнему воздействию.

Объектами исследования стали семена овса Avena sativa и редьки масленичной Brassica rapa [2].Мы оценили токсичность двух моющих средств: гель для мытья посуды (Образец 2), содержащий в составе 5-15% анионных ПАВ, неионогенные ПАВ и амфотерные ПАВ; средство для мытья посуды (образец 1), имеющее в составе А-тензиды и Н-тензиды (ПАВ из растительного масла, 5-15%, не содержит SLS) (рис. 2 приложения).

По результатам опыта мы не смогли дать точного ответа о преимущественном положении средства с пометкой «ЭКО», и решили продолжить эксперимент в этом году, используя в качестве тест-объектов организмы гидробионтов.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Исследование проводилось в домашних условиях. В качестве тест-объекта использовали гуппи (лат. PoeciliareticulataPeters), сем. Пецилиевые (лат. Poeciliidae). Это вид пресноводных живородящих рыб (рис 3 приложения) [5].

Выбор объекта обусловлен Рекомендациями Р 52.24.566-94 «Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем» [10]. Использование гуппи в эксперименте дает стабильные результаты, которые можно повторить. Влияние испытываемой воды оценивают по изменению показателей выживаемости рыб по сравнению с контролем.

Эксперимент проводился в два этапа. Сначала мы сравнили жизнеспособности гуппи в растворах разной концентрации моющих средств: обычного средства и с пометкой «Эко», затем провели биотестирование по оценке токсичности речки Плоской, протекающей в городе Кирове через микрорайон Коминтерн.

Контролировалась температура воды аквариумов (контрольного и двух с испытываемой водой, на уровне 24-26⁰С), а также оценивался уровень рН воды (при высоких концентрациях АПАВ падал до 5, в контроле – оставался 6-7, Приложение рис. 15). В каждый аквариум мы налили 10 л воды/раствора и поместили по 10 рыбок гуппи. Спустя час и затем на протяжении 96 ч. оценивали влияние острого токсического действия раствора на жизнеспособность рыб. В течение этого времени рыб не кормили. Спустя 4 суток рассматривалось хроническое токсическое действие испытываемой воды/раствора, в этом длительном эксперименте рыб кормили ежедневно. Смена воды проводилась каждые двое суток, при этом рыбы переносились быстро, при помощи сачка. Аэрация воды была постоянной [7,10].

Показателем выживаемости служит среднее количество рыб, выживших при биотестировании воды/раствора, за выявленный временной промежуток (в опытах и контроле), рассчитанное по формуле:

А = 100*( Х₀/ Х_к)

где А — выживаемость рыб, %;

Х_к — количество рыб, выживших в контроле, экз.;

Х₀ — количество рыб, выживших в опыте, экз.

Применяемое оборудование и материалы указаны в таблице 1 и на рис. 5. Приложения [12].

Биотестирование различных концентраций моющих средств

Биотест поставили в трех сериях: одной контрольной и двух опытных (растворы средства Образца 1 и Образца 2). В контроле использовали отстоявшуюся водопроводную воду; это позволило оценить качество тест-объекта. В опытные аквариумы добавляли растворы ПАВ в одинаковых концентрациях. Выбор концентраций обусловлен результатами исследования средств на фитотоксичность, выполненного в прошлом году – я взяла несколько близких цифр для сравнения полученных результатов (таблица 2 Приложения). Все концентрации проверить не удалось из-за необходимости большого количества тест-объектов.

Данные биотестирования показали, что при концентрации 8 мг/дм³ острая токсичность раствора устраняется, а при 2 мг/дм³ рыбы выдерживают испытание в 30 суток. Так можно заключить, что при концентрации АПАВ свыше 2 мг/дм³ токсикологическое состояние воды является неблагополучным для обитателей экосистемы (снижение выживаемости рыб в опыте по сравнению с контролем 50%, в контроле равна 100%) (рис. 6 приложения). Мы выяснили, что Образец 1 при растворении дает более стойкую, густую и обильную пену, из-за чего рыбы сильнее страдают от кислородного голодания, чем от наличия в растворе лаурилсульфата натрия (таблица 2 приложения).

Полученные данные соотносятся с результатами прошлого года, выявленными при фитотестировании: при прорастании семян высших растений в среде АПАВ длина корня уменьшается по сравнению с контролем, начиная с концентрации 2 мг/дм³. Однако стоит отметить, что в случае Образца 2, при таких низких концентрациях моющего средства длина корня увеличивается в сравнении с контролем, что вызвано содержанием фосфатов, действующих на растения подобно удобрениям. Такое действие является неблагоприятным при попадании моющих средств в водоемы, так как вызывает их заболачивание.

Биотестирование для оценки качества воды в реке Плоская

В качестве фонового створа выбраны Воробьевы пруды, поскольку речка берет начало из подземных источников именно там (рис 9 приложения). После течения реки через промышленную и жилую зоны Кирова (район Коминтерн), где в нее попадают также сточные воды кожевенного предприятия Артекс и большой автомойки машин, Плоская впадает в воды реки Вятка, пройдя перед этим через очистные сооружения. Известно, что несколько лет назад состояние этой реки оценивалось как крайне неудовлетворительное [4].

При внешнем сравнении вод из устья и истока реки Плоская заметно, что вода в Воробьевых прудах (устье) более светлая и чистая (рис. 8 приложения). Тем не менее, на момент 29.12.2025 г прошел эксперимент по оценке острой и хронической токсичности речной воды, выживаемость рыб в контроле и двух параллельных испытаниях составила 100%. Состояние на данном участке реки благополучное (табл.3 приложения).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• Ознакомившись с литературными источниками, мы изучили применение методику биотестирования с использованием в качестве тест-объекта гуппи для оценки качества воды;

• В ходе проведенного эксперимента удалось установить, что оба испытываемых раствора ПАВ (Образцы 1 и 2) оказывали острое токсическое действие на рыб гуппи при высоких концентрациях от 100 мг/дм³ (выживаемость 0 процентов) и хроническое токсическое действие при 8 мг/дм³ (выживаемость 50% спустя 14 суток, и 40% спустя 12 суток соответственно). Морфологических изменений у рыб не выявлено;

• данные биотестирования по аналогичной методике показали, что вода речки Плоской города Кирова не оказывает острого токсического действия на экосистему водоема (выживаемость рыб составила 100% по истечении 30 суток) и в целом благополучна для гидробионтов, как и указано в Регдокладе о состоянии окружающей среды Кировской области в 2024 г;

• при сравнении с выводами фитотестирования прошлого года, безопасная концентрация моющего средства остается прежней – до 2 мг/дм³ (выживаемость рыб 100% по истечении 30 суток у обоих моющих средств), при этом ПДК АПАВ для природной воды составляет 0,1 мг/дм³ [11]. По результатам биотестирования и фитотестирования оба моющих средства оказывают токсическое действие на семена высших растений и организмы гидробионтов в более высоких концентрациях (рис.10, 11-14 приложения).

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бубнов А.Г., Буймова С.А. Метод биотестирования в оценке качества родниковых вод городов Иваново и Кохма Ивановской области / А.Г. Бубнов, С.А. Буймова: Иваново, 2006.

2. Дуняшева, Ю.Т. Сравнение токсичности моющих средств с использованием фитотестов / Ю.Т. Дуняшева // Исследуем природу: сборник статей, тезисов, аннотаций . – КОГОАУ ДО "Дворец творчества - Мемориал". – Киров : О-Краткое, 2025. – С. 48-50.

3. Карташев А.Г. Биоиндикация антропогенных загрязнений / А.Г. Карташев: Томск: ТУСУР, 2019. - 226 с.

4. Кировские экологи обеспокоены состоянием реки, куда сливаются отходы // РИА Новости. - [Электронный ресурс]. – URL: https://ria.ru/20130628/946465838.html (дата обращения - 10.10.2025).

5. Кочетов С.М. Разведение аквариумных рыб / Кочетов С.М.: Москва: Вече, 2007. - 274 с.

6. Мелехова О.П., Егорова Е.И. Биологический контроль окружающей среды / О.П.Мелехова, Е.И.Егорова: Москва: Издательский центр «Академия», 2007. – 281 с.

7. Михайлов В.А. Все о гуппи и других живородящих. Популярные рыбы. Издание второе / В.А. Михайлов: Москва: Светоч Л, 1999. – 96 с.

8. Моющее действие // Большая российская энциклопедия. Том 21. — Москва, 2012. — 360—361 с.

9. О состоянии окружающей среды Кировской области в 2024 году. –Региональный доклад: Киров, 2025. – 195 с.

10. Рекомендации Р 52.24.566-94 «Методы токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем» / Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды: Москва, 1994.- 136 с.

11. СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»

12. Умельцев А.П. Энциклопедия аквариумиста / А.П. Умельцев: Москва: Локид-Пресс, 2003. - 480 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ К РАБОТЕ

Таблица 1. Использованные в работе материалы

Таблица 2. Обработка результатов при испытании растворов ПАВ

Таблица 2. Обработка результатов при испытании растворов ПАВ

Таблица 3. Обработка результатов при испытании воды из реки Плоская