Спосіб визначення радіоактивного забруднення дна водойм та водотоків

Изобретение относится к биологическому мониторингу пресных вод, а именно, - к биологическому способу экспресс-оценки радиоактивного загрязнения дна водоемов, которое может быть использовано в области водной радиоэкологии, санитарно-биологических исследований водоемов, экологическом мониторинге и картировании радиоактивного загрязнения водоемов. Прототипом является способ определения токсичности природных и сточных вод по изменению скорости движения цитоплазмы в клетках валлиснерии спиральной (Vallisneria spiralis) под влиянием испытуемых водных сред (Заявка СССР №4827230/13 от 21.05.90 с датой положительного решения от 16.08.91), где о степени токсического влияния вод судят по изменению величины скорости движения цитоплазмы в клетках тест-организма, подвергшегося воздействию токсиканта, по отношению к таковой у контрольных растений, не подвергшихся токсическому воздействию. Общими признаками с заявляемым изобретением является использование в качестве тест-функции изменение величины скорости движения цитоплазмы в клетках водного растения, сравнение исследуемой пробы воды с контролем. Но при такой последовательности операций невозможно определить радиоактивное загрязнение дна водоемов. Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа определения радиоактивного загрязнения дна водоемов и водотоков при помощи биологической тест-функции водного растения - скорости движения цитоплазмы в его клетках, путем тестирования двух проб воды, отобранных в поверхностном и придонном слоях водного столба, что позволяет расширить диапазон определяемых загрязнителей и наряду с химическими токсикантами регистрировать наличие повреждающего фактора физической природы, а именно радиоактивности. Решение задачи достигается следующим образом. Тестируемой водой воздействуют на водное растение, а затем оценивают его тест-функцию, при этом пробы воды отбирают из поверхностного и придонного слоев водного столба, в них помещают листья водного растения и определяют изменение величины функционального показателя - скорости движения цитоплазмы, полученные данные сравнивают с характеристикой контроля, а затем сопоставляют их между собой по формуле Кг= =Vs/Vв, где Vs - скорость движения цитоплазмы в клетках растений, проэкспонированных на исследуемой воде из поверхностного слоя водного столба, Vв - скорость движения цитоплазмы в клетках растений, проэкспонированных на исследуемой воде, отобранной в придонном слое водного столба, Кг - коэффициент реверсии, величина которого меньше единицы свидетельствует о наличии радиоактивного загрязнения, а равная или превышающая единицу - о его отсутствии. В качестве водного растения используют валлиснерию спиральную (Vallisneria spiralis). Причинно-следственная связь между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что ионизирующее излучение (R, g, β) при небольших экспозициях (в течение 1-3 часов) снижает вязкость цитоплазмы, вследствие чего сильно увеличивается скорость ее движения. Поскольку ионизирующее излучение загрязненного дна охватывает небольшой слой придонной воды и не доходит до поверхностного слоя водной толщи, то различия характеристик этих слоев воды по биотесту с существенным преобладанием величины скорости движения цитоплазмы у растений под влиянием придонных вод над таковой под влиянием поверхностных вод свидетельствует о радиоактивном загрязнении дна водоема. Обнаружение реверсии получаемых характеристик поверхностных и придонных вод имеет исключительно важное значение, так как при проведение тотального мониторинга пресноводных водоемов и водотоков на токсичность их вод (заявка, служащая прототипом) это явление свидетельствует одновременно и о радиоактивном загрязнении, которое при его обнаружении по необходимости может быть измерено инструментально. Экспресс-оценка и оперативное выявление очагов радиоактивного загрязнения в водоемах особенно актуально в связи с произошедшей аварией на Чернобыльской АЭС. При помощи этого способа в силу его простоты, дешевизны можно констатировать не только наличие радиоактивного загрязнения, но и районировать его, а также проследить за ареалом его распространения. Функциональным показателем физиологического состояния тест-организма, в качестве которого используют валлиснерию спиральную, является изменение скорости движения цитоплазмы у растений, подвергшихся воздействию тестируемых вод по отношению к таковой у растений, экспонировавшихся на чистой воде. Для определения радиоактивного загрязнения тестируют поверхностные и придонные воды, а затем по соотношению полученных характеристик судят о наличии или отсутствии радиоактивного загрязнения. В чистых водоемах, не имеющих радиоактивного или другого вида загрязнений, в силу различий насыщения кислородом разных горизонтов водной толщи, скорость движения цитоплазмы у тест-организма под влиянием поверхностных вод всегда немного выше, чем в контроле (» 110-120%), а под влиянием придонных вод - несколько ниже (» 90-95%), то есть соотношение величин функционального показателя всегда больше единицы. При возникновении реверсии этих показателей, когда придонная вода резко стимулирует движение цитоплазмы и соотношение двух характеристик становится меньше единицы констатируют радиоактивное загрязнение дна водоема. В качестве тест-организма можно использовать и другие водные растения, например элодею или корневые волоски водокраса и др., для которых характерны крупные клетки и ротационное движение цитоплазмы. Однако, при проведении массовых определений наиболее удобна валлиснерия, так как она легко культивируется в аквариумах и у нее для тестирования используется до 80% биомассы, в то время как у элодеи и водокраса для этих целей пригодны лишь 1-2% биомассы, а иногда и десятые доли процента. Способ осуществляется следующим образом. При помощи батометра отбирают пробы поверхностной и придонной воды и наливают ее в соответственно маркированные химические стаканчики. В каждый химический стакан наливают приблизительно 100-150 мл воды и помещают туда 1-2 листа валлиснерии. Листья экспонируют в течение 1-1,5 часов при температуре 20-25°С. Контролем служат растения, экспонируемые в чистой аквариумной воде, в которой выращивали валлиснерию. По истечении экспозиции лист валлиснерии вынимают из стакана и готовят препарат для просмотра под микроскопом. Для этого из медиальной части листа высекают три кусочка листовой пластинки и помещают их на предметное стекло в каплю воды, в которой экспонировались листья, накрывают покровным стеклом и просматривают на световом микроскопе (объектив 40, окуляр 7). Маркером при измерении скорости движения бесцветной прозрачной цитоплазмы служат увлекаемые ею крупные яркоокрашенные внутриклеточные структуры - хлоропласты. Наблюдения ведут в прозенхимных клетках листа вблизи центрального сосудисто-волокнистого пучка. Эти клетки удобны для проведения наблюдений, так как в оптической проекции они имеют сильно вытянутые боковые стороны и короткие основания. Благодаря ротационному движению цитоплазмы хлоропласты перемещаются вдоль длинной оси клетки с определенной постоянной скоростью, которая легко измеряется при помощи окулярмикрометра и секундомера. Скорость движения рассчитывается по формуле V = I/t, где V скорость движения цитоплазмы, количество делений/сек: I - количество делений окулярмикрометра; t - время, сек. Повторность опытов трехкратная. В каждом препарате проводят по 20-30 измерений. Полученный материал обрабатывают статистически при помощи формул, общепринятых в практике вариационной статистики. Затем полученные величины скорости движения цитоплазмы у растений в опытных образцах воды выражают в процентах по отношению к таковой у контрольных и рассчитывают коэффициент реверсии (Кг по формуле Кг = Vs/Vв, где Кг - коэффициент реверсии исследуемых характеристик; Vs - скорость движения цитоплазмы в клетках тест-организма под влиянием поверхностных вод, % к контролю; Vв - скорость движения цитоплазмы в клетках тест-организма под влиянием придонных вод, % к контролю. При этом, если Кг - равен или больше единицы - радиоактивное загрязнение отсутствует, если Кг меньше единицы - радиоактивное загрязнение есть. Пример. На научно-исследовательском судне "Академик Вернадский В.И." отбирали пробы воды в различных точках каскада днепровских водохранилищ. Особое внимание было уделено Киевскому водохранилищу, его наиболее загрязненным и относительно чистым участкам акватории. Пробы поверхностных и придонных вод исследовали предлагаемым способом (сущность метода описана выше). Для подтверждения наличия радиоактивного загрязнения в местах проводимых исследований помимо отбора проб воды для тестирования отбирали пробы донных отложений. В них определяли содержание цезия-137 общепринятыми физико-химическими методами - ферроцианидным методом с последующим измерением конечного продукта Cs3, Sb2, І 9 на установке малого фона УМФ 1500 Μ с торцовым счетчиком СБТ-13.