Способ оценки уровня допустимых воздействий повреждающего фактора на фотосинтетические организмы

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для контроля состояния источников водоснабжения, выявления очагов загрязнения внутренних водоемов, морей и океанов. Целью изобретения является повышение точности и достоверности оценки путем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта. Определяют две независимые характеристики процесса электронного транспорта, одна из которых отвечает за весь электронный транспорт, а другая - только за ту часть, которая идет на образование органического вещества за счет фиксации углекислого газа, и по изменению их соотношения судят об уровне допустимых воздействий. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1505471 А 1 (5D 4 А 01 G 7 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4223153/30-15 (22) 20.01.87 (46) 07.09.89. Бюл. № 33 (7I) МГУ им. М. В. Ломоносова (72) В. А. Веселовский, Т. В. Веселова, А. Б. Рубин, В. И. Мацкивский, Г. В. Хомяков и Д. С. Чернавский (53) 632.111.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 967394, кл. А Ol G 7/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 1010557, кл. А 01 G 7/00, 1983. (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОВНЯ ДОПУСТИМЫХ ВОЗДЕ11СТВИЙ ПОВРЕЖДАЮЩЕГО ФАКТОРА НА ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИЕ ОРГАНИЗМЫ (57) Изобретение относится к сельскому

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для установления предельно допустимых уровней антропогенного воздействия на окружающую среду, в том числе при проведении мероприятий по охране водоемов от загрязнения, по регулированию сброса поверхностных стоков с городских территорий и сельхозугодий, сточных вод промышленных предприятий.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности оценки путем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта.

На фиг. I А представлена кривая индукционной флуоресценции, а на фиг. 1 Б— зависимости величины интенсивности флуоресценции от времени темновой адаптации (кривая 1) и от времени освещения дальним красным светом (кривая 2); на фиг. 2— зависимость эффективности фотосинтеза от освещенности; на фиг. 3 А — изменение скорости выделения кислорода (кривая 1) и эффективности фотосинтеза (кривая 2) 2 хозяйству и может быть использовано для контроля состояния источников водоснабжения, выявления очагов загрязнения внутренних водоемов, морей и океанов. Целью изобретения является повышение точности и достоверности оценки путем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта. Определяют две независимые характеристики процесса электронного транспорта, одна из которых отвечает за весь электронный транспорт, а другая — только за ту часть, которая идет на образование органического вещества за счет фиксации углекислого газа, и по изменению их соотношения судят об уровне допустимых воздействий. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия, а на фиг. 3 Б изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия; на фиг. 4 — изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта iëoреллы в зависимости от концентрации ионов меди в среде; на фиг. 5 — изменение относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта хлореллы в зависимости от кратности разбавления сточных вод до (кривая 1) и после (кривая 2) биологической очистки; на фиг. 6 — структурная схема устройства для реализации способа.

Согласно способу, включающему подготовку организмов, ввод их в измерительную термостатированную камеру с последующим воздействием повреждающим фактором и измерением фотосинтетической активности по выделению кислорода при периодическом освещении организмов до и после

1505471

t3o ueIicTtsItH повреждающим фактором с oucttКОИ УР013!(Я ДОПУ СТИМ ЫХ ВОЗ, !(И(Tt)II II, ИН (tlсивность освещения организмов выбирают ня линейном участке световой зависимости скорости выделения кислорода вблизи области насыщения, а воздействие повреждяюп(его фактора каждый раз осуществляют дозированно в течение интервала времени, дополнительно измсряк>т индукцин> флуoресценции и определяют измененис отношения поглощенной световой энергии к энергии, запасенной н организме в реакциях фотосинтеза, в соответствии с формулой е где F» .. — интенсивность флуоресценции фотосинтезирующих организмов в чаксимуме индукции, отн. ед.;

F„ Híòcíñèâíîñòü флуоресценции в с гяционарной фазе индуt Llttottщи о процесса, отн. ед.;

1 („скорость выделения кислорода организмами в процессс (1>отосиптезя в начале сшыта, чг/лс: скорость выделения кислорода организчами в процесс«фотосинтеза в теку!ций момент врсчени под действием понрсждающего фактора, чг/лс; !

„и! IIII;jcкс, указываюп(ий Hll чяльный и выбранный временной режим (сйствия повреждяющего фяк101) 3; тип повреждян)шег(> фяк)ор,):

I ин.(екс, ук(!з(!в()ю!Иий урон Iil (О 3 и р 0 и 11 H и я и () в)) с ж д 3 к) 111(! 0 фактора, при эточ нижнюю границу доиус)ичогo воздс !!с!!3ия опрсделяк>т при,!ости кспип

<))0,9,,1 ВсрХНЮЮ Грапнцу При «)(0,5.

HtITc1)t33л времени между последук)шими включениями действук>щегo света устанян. 1111331()Т I! 3 (С. !ОВИ я дО TИ ж(. ИИ Я II(р(хо (а фоТОСИПтсЗИруЮШИХ орГЗНИЗЛ(ОВ ИЗ ГЕМНОВО! 0 (0(тОя tllt)! фотос и итстичс с кll х ч(л10) р;111

Н С 13(TOt3<)(. СОСTOH It HC, 3 КОII ЦС 1! ТР(1 ЦИН) К11( лоРод;! H качеРе доводЯт до 3 )013IIH Ii(. чс !

Ice 0.4 чг, л.

С п<>сoб реализуется с помощью усTройства, (фиг. 6), содержащего источник

1 света, блок 2 светофиlbTpot3, полупрозрачное зеркало 3, измерительную камеру

4, светофильтр 5, фотоприемпик 6, первый усилитель 7, электрод 8, второй усилитель

9 и блок !О обработки сигнала. (.l1oc0A осу ществляют следуtoittitit обря3О».

В изчеритсльнуlo камеру 4 Iioме!цяют испытуемый обьект. Проводят выбор оптичяльногO режима работы фотоси)ггстического аппарата: регистрируют индл кционпую кривую флуоресцеиции при 3-минутной теч5

55 новой dä311T3öèè (для водорослей) при различной освещенности. Определяют зависимость эффективности фотосинтеза от освещенности (фиг. 2), Выбирают освещенность в области, близкой к максимуму кривой, например 1,5 КЛк, и регистрируют зависимость величины F» от времени темновой адаптации (фиг. Б, кривая 1) или от времени освещения дальним красным светом (фиг. l Б, кривая 2). Выбирают время темновой адаптации или 30 с освещения дальним красным светом.

:1ля определения уровней допустимых воздействий объект подвергают дозированному воздействию повреждающим фактором, папример тепловому воздействию при разных температурах, и одновременно измеряют инд кцию флуоресценции при помощи фотоприемника 6 через светофильтр 5 и скорость выделения кислорода электродом 8 при периодическом осве!цении объекта от источника 1 света через блок 2 светофильтров и полупрозрачное зеркало 3. При этом темновые интервалы или время засветки дальним красныч светом и освещенность соотвстствук>т выбранным ранее режимам. Электрические сигналы с фозоприемника 6 и кислородногo электрода 8 поступают соответcTHeIi»0 «а первый и второй усилители 7 и 9 и зятем в блок 10 обработки сигналов.

В блоке 10 обработки производится вычис.I(пие относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта (<> по формулс (1) и определение зависимости ()

o! величины действующего фактора. По кривой зависимости <) от величины действу!ошсго фактора определяют нижний и верхний уровни допуcгимых воздействий, соответствснно по уменьшению величины

<о до значений 0,9 и 0,5 отн. ед.

П!)!!!!ег) 1. На фиг. 3 А представлено измерение скорости выделения кислорода (кривая 1) и эффективнос)и фотосинтеза (кривая 2) листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия. Видно, tTo для гороха, выращенного при 28 С, скорость выделения кислорода (кри!3ая 1) при увеличении температуры воздействия от 18 до 38"С монотонно возрастает, а затем снижается. Из данных, представленных

rToIt t(l)IIt3oI3, Tpудно оценить, например, в области каких воздействий (обратимых, репарируемых или необратимых) находится тепловое воздействие при 41 С, скорость выделения кислорода при котором близка к скорости выделения кислорода при температуре выращивания. Это снижает точность определения. Кривой 2 (фиг. 3 А) показано изменение эффективности фотосинтеза в зависимости от величины теплового воздействия. 110 ней также трудно оценить, к области каких воздействий относится тепловое воздействие в 41), приходящееся на максимум эффективности фотосинтеза, что также определяет низкую foчность оценки.!

505471

На фиг. 3 Б представлено изменение относительной фотосинтетической эффекти вности электронного транспорта листьев гороха в зависимости от величины теплового воздействия. Видно, что область от 22 до

39 С является областью обратимых воздействий: после снятия тепловой нагрузки все параметры фотосинтетического аппарата возвращаются к исходным. Область от 39 до 42 С является областью регулируемых воздействий. Установлено, что после снятия тепловой нагрузки из этой области воздействий параметры фотосинтетического аппарата не возвращаются сразу к исходным, а требуется некоторое время (от нескольких часов до нескольких суток) для возвращения параметров к исходным. При этом использование показателя относительной фотосинтетической эффективности электронного транспорта для оценки уровней воздействия позволяет однозначно отнести температурное воздействие 41 Ñ к области репарируемых воздействий, что повышает точность и достоверность оценки. Область температурных воздействий выше 42 С является областью необратимых повреждений: после снятия тепловой нагрузки наблюдали дальнейшее развитие повреждения.

Пример 2. На фиг. 4 представлено изменение относительной фотосинтетнческой эффективности электронного транспорта хлореллы в зависимости от концентрации ионов меди в среде. Хлореллу выращивали в лабораторных условиях на сре.3е Таммия при 24 С. Относительную фотосинтетическую эффективность электронного транспорта определяли через 30 мин после начала воздействия. Видно, что область концентрации ионов меди до 3 10 г/л является областью обратимых воздействий. Область концентраций от 3 10 до 5 10 г, л является областью репарируемых воздействий.

Область концентрации выше 5.10 г/.» является областью необратимых повреждений.

Необходимо отметить, что полученный по снижению относительной эффекти) ности электронного TраHñïoрта дo значения

0,5 отн. ед. верхний уровень области .1опустИМЫХ ВОЗДЕйетВнй ИОНОВ i)гли СониапаЕT O концентрацией ионов меди, рекoмендуемOй для борьбы с цветением водоемов купоросованием.

Пример 3. На фиг. 5 представлено изменение относительной фотосиптетической эффективности электронного транспорта . »ореллы в зависимости от кратности разбавления сточных вод до (кривая 1) и после (кривая 2) биохимической очистки. Культура хлореллы выращена, как и н примере 2.

Изучали действие сто IHhlx вод предприятия

«Заря» (г. Рубежное) в острых опытах.

Разбавление проводилн 1 x,!oðHронанной водопровод)гой Bo;10H Из и ре Ic TH BлеH H hlx

HH;I Ho, !To прн сб)1»оio oTo IHH!x 130 J в случае отсутствия биохимической очистки (что наблюдается при авариях на очистных сооружениях) для предотвращения необратимых повреждений фитопланктонного сообщества р. Северский Донец в районе сброса необходимо не менее пятикратного разбавления стоков. Испытания очищенных сточных вод предприятия показываЕт, что очистные сооружения работают удовлетворительно. Однако для сведения к минимуму токсического воздействия на фитопланктон (т.е. для перехода в область обратимых воздействий) необходимо по крайней мере десятикратное разбавление очищенных стоков.

Таким образом, повышение точности и достоверности оценки достигается путем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта.

Формула изобретения

Р -p и)(р ) (— )т () (мазас н / . где F" интенсивность флуоресценции фотосинтетизирующих организмов в максимуме индукции, отн. ед.;

F„, интенсивность флуоресценции в стационарной фазе индукционного процесса, отн. ед.;

1 1„ — скорость выделения кислорода организмами в процессе фотосинтеза в начале опыта, мг/лс;

Г1 — скорость выделения кислорода организмами в процессе фото50

1. Способ оценки уровня допустимых воздействий повреждающего фактора на фотосинтетические организмы, включающий подготовку организмов, ввод их в измери25 тельную термостатированную камеру с последующим воздействием повреждающим фактором и измерение фотосинтетической активности по !3blдсленню кислорода прн периодическом освещении организмов до и после воздействия повреждающим фактором с оценЗ0 кой уровня допустимых воздействий. отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности оценки и утем измерения двух независимых характеристик процесса электронного транспорта, интенсивность освещения организмов выбирают на

35 линейном участке световой зависимости скорости выделения кислорода вблизи области насыщения, а воздействие повреждающего фактора каждый раз осуществляют дозированно в течение заданного интервала

4Q времени, дополнительно измеряют индукцию флуоресценции и определяют изменение

I)TH()HIE HHÿ поглощенной световой энергии к энергии, запасенной в организме в реакциях фотосинтеза, в соответствии с форму, IOИ

1505471 синтеза в текущий момент времени под действием повреждающего фактора, мг/лс;

1„и t — индекс, указывающий начальный и выбранный временной режим действия повреждающего фактора; р — тип повреждающего фактора; — индекс, указывающий уровень дозирования повреждающего фактора, при этом нижнюю границу допустимого воздействия определяют при достижении ю)0,9, а верхнюю границу при ы(0,5.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, 5 что интервал времени между последующими включениями действующего света устанавливают из условия достижения перехода фотосинтезирующих организмов из темноного состояния фотосинтетических мембран в световое состояние, а концентрацию кислорода в камере доводят до уровня не менее 0,4 мг/л.

Л 40 бЮО 2 4

/Ю У С Щ38 1Я МИН ч „ОВ

4 (О,6 1

04

9 6 02 о 32 4 б g Я

0сВещенность, Кйк фиг,2 80

Ю 4 60

8,40 ГО а ф

ЮОq мо®

Ъ

Q0 3+ ф

CV ъ

Ь бд g

40 ф сЬ

И <

1505471

ХО 7

1ОО

7,0

4 Оо ц во

Ю о,ф 4

Ю0

ФО

1О

30 4

Температура, С

RDZ У

08 ОЮ

z- n

06

04

02

7,0

08

ОЕ а

-б -4 -2,Логорарм концентрации Сиг, г л Раг4

1505471

10 ов os gq

02 о

70 707 70 10

Крупность раз5абленоя сп очньи %а

Щ Х

Фиг. 6

Составитель Г. Шарков

Редактор С. 11екарь Тсхред И. Верес Корректор О, Кравцова

Заказ 5288/l Тираж 621 Подписное

ВНР!И11И Государственного комигета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101