Определение биоконцентрирования
Информация - Биология
Другие материалы по предмету Биология
1. Введение
В настоящее время контроль содержания тяжелых металлов в природных водах является актуальным практически для всех территорий. Несмотря на обилие аналитических методов, решение этой задачи наталкивается на ряд трудностей. Они заключаются не столько в научной, сколько в экономической и организационной стороне дела. Приобретение и постоянная эксплуатация современных аналитических приборов обходятся дорого и требуют значительного штата квалифицированных сотрудников. К этому надо добавить трудозатраты на регулярный пробоотбор и пробоподготовку. Чем ниже концентрация металла, тем больший объем пробы необходимо отбирать и тем труднее подготовить ее к анализу. Именно поэтому большое значение сохраняют методы, основанные на анализе объектов, служащих естественными концентраторами (сборниками) определяемых экотоксикантов в природных водах. В данной работе представлены результаты исследований по изучению биоконцентрирования некоторых тяжелых металлов растениями Троицкого ручья, протекающего по территории Петродворцового района г. С.Петербурга. Настоящая статья представляет собой попытку предложить эффективную методологию применения эффекта биоконцентрирования для оценки содержания тяжелых металлов в природной воде.
2. Общая характеристика явления биоконцентрирования и его элементарная модель
Явление биоконцентрирования, то есть накопления химических веществ в тканях растений и животных в процессе их нормальной жизнедеятельности, относится к важнейшим биологическим факторам, определяющим динамику перемещения химических элементов на нашей планете. Для характеристики эффекта используют коэффициент биоконцентирования Bcf = Cb/Cw, где Cb и Cw - концентрации вещества в живом веществе и в воде соответственно. Для большинства тяжелых металлов, обнаруженных в растениях, величина Bcf находится в пределах 102-105 если концентрацию измерять в граммах металла, содержащихся в одном грамме воды или сухого растения соответственно [1, 2]. Широкое применение эффект биоконцентрирования нашел при анализе качества природных вод, поскольку анализировать концентрированную пробу (часть растения) проще, чем окружающую его воду. Помимо того, что растение представляет собой естественный сборник экотоксикантов и избавляет исследователя от трудоемкой процедуры предварительного концентрирования пробы, содержание анализируемого вещества в растении или животном характеризует не просто уровень загрязнения воды, но показывает степень биодоступности данного вещества, в какой бы химической форме оно ни находилось. Это позволяет оценить медицинские последствия употребления воды из данного водоема человеком.
Основными преимуществами метода биоконцентрирования являются простота основных процедур и доступность применяемого аналитического оборудования. От исполнителя требуется только собрать и взвесить растительный материал, а затем перевести экотоксикант в определяемую форму. Для тяжелых металлов чаще всего используют сжигание в токе воздуха при 600-800оС с последующим растворением в соляной кислоте, для органических соединений - экстракцию н-гексаном или диэтиловым эфиром [2, 3].
Серьезным недостатком этого метода является то, что он не информирует нас о вариациях концентрации экотоксиканта во времени. Мы всегда получаем средний результат, отвечающий накоплению экотоксиканта за достаточно длительный период. Мало того, скорость накопления вещества зависит и от фазы роста растения и от внешних условий и от состояния растения в целом. Теория эффекта биоконцентрирования разработана слабо, единой методологии его применения не существует и не всегда есть уверенность в достоверности табличных коэффициентов биоконцентрирования. Интересно отметить, что в уже цитировавшейся монографии [2] нет ни одного указания на связь величины Bcf с биометрическими показателями растения и условиями его произрастания. Зато приведенный там же разброс коэффициента для одной и той же пары экотоксикант-растение достигает трех порядков.
Согласно современным взглядам, химические механизмы биоконцентрирования тяжелых металлов одинаковы для большинства таких металлов (исключение составляет ртуть, для которой известен механизм концентрирования в виде Hg(CH3)2)[3]. Для таких же металлов как Fe, Cu, Pb, Ni и др. характерно закрепление на тиольных, карбоксильных и гидроксильных концевых группах биополимеров. Следовательно, можно считать, что скорость накопления любого из рассмотренных металлов пропорциональна его концентрации в воде, питающей растение. Рассмотрим одноблочную динамическую модель биоконцентрирования, согласно которой растение представляет собой некий резервуар, в который поступает питательный водный раствор со скоростью Vw и концентрацией интересующего нас металла CМе. Следует также учесть, что общая масса растения возрастает со временем со скоростью Vb (растение растет). Вкладом массы концентрируемого металла в биомассу растения пренебрегаем. Вся поступающая вода испаряется с поверхности зеленых частей растения, а ионы металла остаются в тканях. Тогда для скорости поступления металла в растение и скорости его роста можно записать систему из двух дифференциальных уравнений:
dMMe/dt = VwCМе/dt = Vb (1)
Здесь MMe и Mb - масса накопленного растением металла и масса самого растения. Выполним деление первого уравнения на второе. Получим:
A=dMMe/dMb = VwCМе/Vb (2)
Величину Bcfd = A/CМе можно назвать дифференциал?/p>