RU2440418C2 - Method to determine toxicity of wastes and soils - Google Patents

Method to determine toxicity of wastes and soils Download PDF

Info

Publication number
RU2440418C2
RU2440418C2 RU2009119002/10A RU2009119002A RU2440418C2 RU 2440418 C2 RU2440418 C2 RU 2440418C2 RU 2009119002/10 A RU2009119002/10 A RU 2009119002/10A RU 2009119002 A RU2009119002 A RU 2009119002A RU 2440418 C2 RU2440418 C2 RU 2440418C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sample
toxicity
soil
soils
dehydrogenase activity
Prior art date
Application number
RU2009119002/10A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009119002A (en
Inventor
Светлана Юрьевна Селивановская (RU)
Светлана Юрьевна Селивановская
Полина Юрьевна Галицкая (RU)
Полина Юрьевна Галицкая
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет"
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "КазанЮниверситиЭколоджи"
Светлана Юрьевна Селивановская
Полина Юрьевна Галицкая
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "КазанЮниверситиЭколоджи", Светлана Юрьевна Селивановская, Полина Юрьевна Галицкая filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет"
Priority to RU2009119002/10A priority Critical patent/RU2440418C2/en
Publication of RU2009119002A publication Critical patent/RU2009119002A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2440418C2 publication Critical patent/RU2440418C2/en

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: agriculture.
SUBSTANCE: method includes measurement of microorganisms test function level in presence and in absence of an analysed sample and calculation of toxicity based on the produced results. Dense samples are exposed to testing (wastes, soils). At the same time testing is carried out without preliminary procedure of producing an aqueous extract of the sample. A test item is a culture of a soil bacillus with dehydrogenase activity, and the test function is its dehydrogenase activity, which is identified using resazurin and recorded using a conventional measurement device for spectrophotometry.
EFFECT: increased efficiency of wastes and soils toxicity identification.
3 tbl

Description

Изобретение относится к способам определению токсичности твердых отходов и почв путем приведения их в непосредственный контакт с бактериями и регистрации изменения дегидрогеназной активности бактерий, измеряемой с применением ресазурина. Изобретение может быть использовано в лабораториях экологического контроля, при разработке биотехнологий переработки отходов, при разработке технологий рекультивации загрязненных почв, при определении класса опасности отходов, для определения воздействия на объекты окружающей среды новых материалов, техногенных образований и отходов.The invention relates to methods for determining the toxicity of solid wastes and soils by bringing them into direct contact with bacteria and recording changes in the dehydrogenase activity of bacteria, as measured using resazurin. The invention can be used in environmental control laboratories, in the development of biotechnologies for waste processing, in the development of technologies for the remediation of contaminated soils, in determining the hazard class of waste, for determining the impact on environmental objects of new materials, industrial formations and waste.

Известен биосенсор для определения токсичности химических загрязняющих веществ и жидких отходов, использующий природные или генетически модифицированные бактерии (Vibrio fischeri, Escherichia coli pUCD615 pRB28, Pseudomonas putida 556), иммобилизованные в тонкой пленке поливинилового спирта GB 19990025788 19991101 (1).A biosensor is known for determining the toxicity of chemical pollutants and liquid wastes using natural or genetically modified bacteria (Vibrio fischeri, Escherichia coli pUCD615 pRB28, Pseudomonas putida 556) immobilized in a thin film of polyvinyl alcohol GB 19990025788 19991101 (1).

Известен микропланшетный способ определения токсичности соединений в жидких образцах, получаемых из водных, почвенных и воздушных объектов, который использует рекомбинантные люминисцентные микроорганизмы Escherichia coli DPD2511, DPD2540, DPD2794 and TV 1061, включенные в агар, альгинат натрия или полиакриламид, и основан на увеличении люминисценции при увеличении концентрации токсикантов, в жидких образцах KR 20010054588 20010905 (2).Known microplate method for determining the toxicity of compounds in liquid samples obtained from water, soil and air objects, which uses recombinant luminescent microorganisms Escherichia coli DPD2511, DPD2540, DPD2794 and TV 1061 included in agar, sodium alginate or polyacrylamide, and is based on the increase in luminescence an increase in the concentration of toxicants in liquid samples KR 20010054588 20010905 (2).

Недостатками данных способов является то, что они позволяют определять непосредственно токсичность только жидких образцов, а при тестировании почвенных объектов требуют обязательного получения водного экстракта, что удлиняет и усложняет процедуру биотестирования.The disadvantages of these methods is that they allow you to directly determine the toxicity of only liquid samples, and when testing soil objects they require the preparation of an aqueous extract, which lengthens and complicates the biotesting procedure.

Известен способ определения общей токсичности почв по интенсивности люминисценции бактерий (3). Способ основан на определении изменения интенсивности биолюминисценции генно-инженерного штамма бактерий (биосенсор «Эколюм») при воздействии токсических веществ, присутствующих в анализируемой пробе, по сравнению с контролем. Интенсивность биолюминисценции определяется с помощью специализированного люминометра «Биотокс-10». При определении индекса токсичности почв анализу подвергают почвенную вытяжку, подготовленную путем 24-часовой экстракции почвы 5-кратным объемом дистиллированной воды. Основными недостатками этого способа являются невозможность определения токсичности непосредственно почвенных образцов и дороговизна измерительного прибора и биосенсора.A known method for determining the total toxicity of soils by the intensity of the luminescence of bacteria (3). The method is based on determining changes in the intensity of bioluminescence of a genetically engineered bacterial strain (Ekolyum biosensor) when exposed to toxic substances present in the analyzed sample, compared with the control. The intensity of bioluminescence is determined using a specialized luminometer "Biotox-10". When determining the soil toxicity index, a soil extract prepared by 24-hour soil extraction with 5-fold volume of distilled water is analyzed. The main disadvantages of this method are the inability to determine the toxicity of directly soil samples and the high cost of the measuring device and biosensor.

Известен способ определения аэробной дегидрогеназной активности почв, основанный на акцептировании отщепляемого в процессе дегидрирования микроорганизмами почвы водорода бесцветными солями тетразолия, в частности 2,3,5-трифенилтетразолийхлорид (ТТХ), и его превращении в 2,3,5-трифенилформазан, имеющий красную окраску с последующим измерением колориметрическим способом количества формазана (4).A known method for the determination of aerobic dehydrogenase activity of soils is based on the acceptance of the hydrogen that is cleaved during dehydrogenation by soil microorganisms by the colorless salts of tetrazolium, in particular 2,3,5-triphenyltetrazolium chloride (TTX), and its conversion to 2,3,5-triphenylformazan having a red color followed by colorimetric measurement of the amount of formazan (4).

Недостатком данного способа является невозможность определения дегидрогеназной активности образцов, в которых присутствует медь, связанная с негативным влиянием меди на абсорбцию продукта восстановления ТТХ 2,3,5-трифенилформазана (5).The disadvantage of this method is the inability to determine the dehydrogenase activity of samples in which copper is present, associated with the negative effect of copper on the absorption of the product of the reduction of the TTX of 2,3,5-triphenylformazane (5).

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа по совокупности совпадающих признаков и достигаемому техническому результату, является изобретение «Штамм бактерий Vibrio fischeri ВКПМ В-9580, используемый в качестве тест-культуры для определения токсичности объектов окружающей среды» RU 2346035 C1 (6). Реализация использования данного штамма осуществляется следующим образом. Предварительно получают водные экстракты из донных отложений или готовят водные растворы тестируемых токсикантов. Штамм выращивается на питательном агаре с 1,7% NaCl, готовится ночная культура, разбавляется и к аликвотам этой суспензии добавляются растворы веществ или водные экстракты донных отложений. После инкубирования проводят измерение люминисценции смесей, содержащих анализируемые соединения, и контрольных на люминометре ЛТ-01, в качестве контроля используют 1,7% раствор NaCl. Метод рекомендован для мониторинга водных объектов и донных отложений.The closest analogue, selected as a prototype by the set of matching features and the technical result achieved, is the invention "Vibrio fischeri VKPM B-9580 bacterial strain used as a test culture for determining the toxicity of environmental objects" RU 2346035 C1 (6). Implementation of the use of this strain is as follows. Water extracts from bottom sediments are preliminarily obtained or aqueous solutions of the tested toxicants are prepared. The strain is grown on nutrient agar with 1.7% NaCl, a night culture is prepared, diluted, and solutions of substances or aqueous extracts of bottom sediments are added to aliquots of this suspension. After incubation, luminescence is measured for mixtures containing the analyzed compounds and for the control using an LT-01 luminometer; a 1.7% NaCl solution is used as a control. The method is recommended for monitoring water bodies and bottom sediments.

Основными недостатками данного изобретения являются:The main disadvantages of this invention are:

- низкая эффективность, связанная с необходимостью получения водного экстракта из образца. Данный недостаток вызван тем, что в прототипе в качестве тестовой функции используется люминисценция; определение интенсивности люминисцении не позволяет присутствовать в реакционной смеси твердого образца и вызывает необходимость получения из образца водного экстракта. Однако при тестировании водного экстракта оценивается негативное влияние на тестовый организм только части соединений, присутствующих в образце, а именно водорастворимой части, которая переходит в водный экстракт. В то же время согласно опубликованным данным негативный эффект на живые организмы могут оказывать и вещества и элементы, находящиеся в связанном состоянии и не переходящие в водный экстракт (7, 8). Это приводит к тому, что при определении токсичности почв или донных отложений на основании тестирования их водных экстрактов анализу подвергают только водорастворимые токсиканты, и эффективность оценки токсичности всего образца в целом существенно снижается;- low efficiency associated with the need to obtain an aqueous extract from the sample. This disadvantage is caused by the fact that in the prototype luminescence is used as a test function; determination of the luminescence intensity does not allow a solid sample to be present in the reaction mixture and necessitates the preparation of an aqueous extract from the sample. However, when testing an aqueous extract, the negative effect on the test organism is estimated of only part of the compounds present in the sample, namely, the water-soluble part, which passes into the aqueous extract. At the same time, according to published data, substances and elements that are in a bound state and do not pass into the aqueous extract can have a negative effect on living organisms (7, 8). This leads to the fact that when determining the toxicity of soils or bottom sediments on the basis of testing their water extracts, only water-soluble toxicants are analyzed, and the effectiveness of evaluating the toxicity of the entire sample as a whole is significantly reduced;

- трудоемкость метода, связанная с использованием морской бактерии Vibrio fischeri. Данный недостаток вызван тем, что Vibrio fischeri является морской бактерией, требующей особых условий для культивирования и биотестирования, поэтому требуется тщательная подготовка реакционной смеси для того, чтобы конечное содержание солей составляло 1,7%, что приводит к затруднению процесса биотестирования. Кроме этого, фермент люцефераза является очень чувствительным к температурным изменениям;- the complexity of the method associated with the use of marine bacteria Vibrio fischeri. This disadvantage is caused by the fact that Vibrio fischeri is a marine bacterium that requires special conditions for cultivation and biotesting; therefore, thorough preparation of the reaction mixture is required so that the final salt content is 1.7%, which makes the biotesting process difficult. In addition, the enzyme luciferase is very sensitive to temperature changes;

- дороговизна метода, связанная с необходимостью приобретения для определения люминесценции измерительного прибора люминографа;- the high cost of the method associated with the need to purchase to determine the luminescence of the measuring device of the luminograph;

- трудность в экстраполяции результатов биотестирования почв и отходов, связанная с тем, что бактерии Vibrio fischeri не являются представителями почвенного биоценоза, на который оказывают воздействие токсиканты, присутствующие в почве и отходах.- the difficulty in extrapolating the results of soil and waste biotesting due to the fact that Vibrio fischeri bacteria are not representatives of soil biocenosis affected by toxicants present in soil and waste.

Целью заявленного технического решения является:The purpose of the claimed technical solution is:

- повышение эффективности определения токсичности отходов и почв путем непосредственного контакта образца с тестовым объектом, в качестве которого используется культура почвенной бациллы, обладающей дегидрогеназной активностью, что позволяет оценивать влияние токсичных компонентов, присутствующих в образце, - водорастворимых и тесно связанных с матрицей образца;- increasing the efficiency of determining the toxicity of waste and soil by direct contact of the sample with a test object, which uses a culture of soil bacillus with dehydrogenase activity, which allows us to evaluate the effect of toxic components present in the sample, water-soluble and closely related to the matrix of the sample;

- удешевление за счет использования традиционного измерительного прибора;- cheaper through the use of a traditional measuring device;

- снижение трудоемкости за счет применения культуры почвенной бациллы, обладающей дегидрогеназной активностью, не требующей особых условий культивирования и подготовки образца;- reducing the complexity due to the use of soil bacillus culture with dehydrogenase activity, not requiring special cultivation conditions and sample preparation;

- исключение процедуры экстраполяции данных за счет замены тест-объекта, не являющегося представителем почвенных микроорганизмов, на типичный представитель.- the exclusion of the procedure for extrapolating data by replacing a test object that is not a representative of soil microorganisms with a typical representative.

Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.

Испытуемый образец стерилизуют в автоклаве для инактивации микроорганизмов, присутствующих в образце, далее культуру почвенной бациллы, обладающей дегидрогеназной активностью, и выращенную до фазы, в которой она проявляет максимальную активность приводят в непосредственный контакт со смесью в течение определенного времени, разделяют жидкую и твердую фракции реакционной смеси и в жидкой фракции по изменению индикатора окислительно-восстановительного процесса определяют изменение скорости дегидрогеназной реакции, происходящей под действием образца.The test sample is sterilized in an autoclave to inactivate the microorganisms present in the sample, then a culture of soil bacillus with dehydrogenase activity, and grown to a phase in which it exhibits maximum activity, is brought into direct contact with the mixture for a certain time, the liquid and solid fractions of the reaction are separated mixtures and in the liquid fraction by changing the indicator of the redox process determine the change in the rate of dehydrogenase reaction occurring under The action of the sample.

Для расчета уровня токсичности предлагаемый способ реализуют параллельно в четырех вариантах.To calculate the level of toxicity, the proposed method is implemented in parallel in four versions.

Вариант 1 («опыт»). Из массы стерилизованного образца делают навеску, которую помещают в закрывающиеся пробирки. В пробирки с навеской добавляют бактериальную суспензию, дистиллированную воду и раствор ресазурина (индикатор окислительно-восстановительной реакции). Пробирки помещают в термостат при 28°С и периодически встряхивают. Через 24 часа реакционную смесь центрифугируют при 6000 об/мин и в надосадочной жидкости определяют спектрофотометрически невосстановленный резазурин.Option 1 ("experience"). A sample is made from the mass of the sterilized sample, which is placed in resealable tubes. A bacterial suspension, distilled water and a solution of resazurin (an indicator of the redox reaction) are added to the test tubes with a hinge. The tubes are placed in a thermostat at 28 ° C and periodically shaken. After 24 hours, the reaction mixture was centrifuged at 6000 rpm and the spectrophotometrically unreduced resazurin was determined in the supernatant.

Вариант 2 («опыт без бактерий»). Из массы образца делают навеску, которую помещают в закрывающиеся пробирки. В пробирки с навеской добавляют дистиллированную воду и раствор ресазурина, но не добавляют бактериальную суспензию, а заменяют ее таким же количеством дистиллированной воды. Далее процедуру проводят, как описано выше.Option 2 ("experience without bacteria"). A sample is made from the mass of the sample, which is placed in lockable tubes. Distilled water and a resazurin solution are added to the test tubes, but they do not add a bacterial suspension, but replace it with the same amount of distilled water. Next, the procedure is carried out as described above.

Вариант 3 («контроль активности бактерий»). В закрывающиеся пробирки приливают бактериальную суспензию, дистиллированную воду, раствор ресазурина, но не добавляют образец, заменяя его таким же количеством дистиллированной воды. Далее процедуру проводят, как описано выше.Option 3 ("control the activity of bacteria"). Bacterial suspension, distilled water, resazurin solution are poured into the closing tubes, but the sample is not added, replacing it with the same amount of distilled water. Next, the procedure is carried out as described above.

Вариант 4 («контроль на реактивы»). В закрывающиеся пробирки вместо образца помещают дистиллированную воду, вместо суспензии бактерий - дистиллированную воду и ресазурин. Дальнейшую процедуру проводят, как описано выше.Option 4 (“reagent control”). Instead of a sample, distilled water is placed in closure tubes, and distilled water and resazurin are used instead of a suspension of bacteria. A further procedure is carried out as described above.

Все варианты опыта проводят в трех повторностях. Затем результаты каждого варианта усредняют. По результатам четырех вариантов испытаний производят вычисления с получением показателя токсичности исследуемых почв или отходов по формуле:All variants of the experiment carried out in triplicate. Then the results of each option are averaged. According to the results of four test options, calculations are made to obtain the toxicity index of the studied soils or waste according to the formula:

Figure 00000001
, где
Figure 00000001
where

Dпробы - оптическая плотность надосадочной жидкости пробы «опыт»;D samples - the optical density of the supernatant of the sample "experience";

Dспробы - оптическая плотность надосадочной жидкости пробы «опыт без бактерий».D samples - the optical density of the supernatant of the sample experience without bacteria.

DКа - оптическая плотность надосадочной жидкости пробы «контроль активности культуры».D Ka - optical density of the supernatant of the sample "control the activity of the culture."

DсКа - оптическая плотность надосадочной жидкости пробы «контроль на реактивы».D SKA - the optical density of the supernatant of the sample "control reagents".

Заключение о токсичности или нетоксичности образца делается общеизвестным способом на основании результатов определений дегидрогеназной активности бактерий в контроле и опыте. Проба считается токсичной, если величина Т составляет 50% и более. В этом случае для количественной оценки токсичности пробы устанавливают эффективную концентрацию образца - EC50.The conclusion about the toxicity or non-toxicity of the sample is made in a well-known manner based on the results of determinations of the dehydrogenase activity of bacteria in control and experiment. A sample is considered toxic if the T value is 50% or more. In this case, to quantify the toxicity of the sample, the effective concentration of the sample, EC 50, is established .

Способ реализуется следующим образом и поясняется таблицами 1, 2, 3.The method is implemented as follows and is illustrated in tables 1, 2, 3.

Пример 1Example 1

Хранение культуры почвенной бациллы осуществляли в пробирках на мясопептонном агаре. Культивирование проводили при 28°С в колбах на 250 мл с 50 мл L-бульона (г/л): пептон - 10, дрожжевой экстракт - 5, NaCl - 10. Для биотестирования культуру инкубировали на среде L-бульона (г/л): пептон - 10, дрожжевой экстракт - 5, NaCl - 10 при температуре 28°С до достижения оптической плотности 1,5-1,7 опт.ед. (λ=600 нм, кювета 10 мм).The culture of soil bacillus was carried out in test tubes on meat and peptone agar. Cultivation was carried out at 28 ° C in 250 ml flasks with 50 ml of L-broth (g / l): peptone - 10, yeast extract - 5, NaCl - 10. For biotesting, the culture was incubated in L-broth medium (g / l) : peptone - 10, yeast extract - 5, NaCl - 10 at a temperature of 28 ° C until reaching an optical density of 1.5-1.7 opt. (λ = 600 nm, cuvette 10 mm).

Аликвоты этой культуры (3 мл) переносили в пробирки с завинчивающимися пробками, добавляли 3 г образца либо воды и проводили анализ в соответствии с четырьмя вариантами процедуры, описанными выше. Оценку токсичности проводили по относительному различию в дегидрогеназной реакции бактерий, индикатором которой служило восстановление ресазурина, в присутствии и отсутствии анализируемого образца (в опыте и контроле).Aliquots of this culture (3 ml) were transferred to screw cap tubes, 3 g of sample or water was added, and analysis was performed in accordance with the four process options described above. Toxicity was assessed by the relative difference in the dehydrogenase reaction of bacteria, an indicator of which was the restoration of resazurin, in the presence and absence of the analyzed sample (in experiment and control).

Для сравнения образцы подвергали тестированию по методу, используемому в исследованном уровне техники, в том числе и в прототипе. Для этого из образцов получали водные экстракты. Для приготовления водного экстракта навеску почвы 1 г разбавляли дехлорированной водой в соотношении 1:10, смесь встряхивали на ротаторе (1 ч, 60 об/мин), отстаивали 24 часа, затем фильтровали. При тестировании полученные экстракты (3 мл) использовали вместо 3 г анализируемых образцов.For comparison, the samples were tested according to the method used in the investigated prior art, including in the prototype. For this, water extracts were obtained from the samples. To prepare the aqueous extract, a 1 g soil sample was diluted with dechlorinated water in a ratio of 1:10, the mixture was shaken on a rotator (1 h, 60 rpm), settled for 24 hours, then filtered. During testing, the obtained extracts (3 ml) were used instead of 3 g of the analyzed samples.

Для количественной оценки токсичности пробы использовали характеристику ЕС50 (effective concentration).To quantify the toxicity of the sample, the characteristic EC 50 (effective concentration) was used.

В случае определения токсичности образца предлагаемым методом ЕС50 - это эффективная концентрация образца, вызывающая 50% ингибирование дегидрогеназной активности культуры по сравнению с активностью культуры в отсутствие образца. В случае определения токсичности образца на основании определения токсичности водного предлагаемому методу составило для образца с содержанием хрома 992 мг/кг 54 мг, что в 3,2 раза выше по сравнению со значением, установленным при анализе по способу с получением водного экстракта (как указано в прототипе). Также, например, при анализе токсичности образца, содержащего кадмий 58 мг/кг, различия в значениях EC50 составили 4 раза, причем значение ЕС50, установленное предлагаемым способом, оказалось ниже. Чем ниже значение ЕС50, тем более эффективен метод определения. Из приведенных данных следует, что значения ЕС50, установленные при тестировании водного экстракта из образцов (как принято в прототипе), выше, т.е. требуется его меньшее разведение, чтобы достичь 50% ингибирующего эффекта, поэтому предлагаемый в данном техническом решении способ более эффективен.In the case of determining the toxicity of the sample by the proposed method, the EU 50 is the effective concentration of the sample, causing 50% inhibition of the dehydrogenase activity of the culture compared to the activity of the culture in the absence of the sample. In the case of determining the toxicity of the sample on the basis of determining the toxicity of the water, the proposed method for a sample with a chromium content of 992 mg / kg 54 mg, which is 3.2 times higher than the value established in the analysis by the method of obtaining an aqueous extract (as indicated in prototype). Also, for example, when analyzing the toxicity of a sample containing cadmium 58 mg / kg, the differences in EC 50 values were 4 times, and the EC 50 value established by the proposed method was lower. The lower the value of the EU 50 , the more effective the determination method. From the above data it follows that the values of the EU 50 established when testing the aqueous extract from the samples (as is customary in the prototype) is higher, i.e. less dilution is required to achieve a 50% inhibitory effect, therefore, the method proposed in this technical solution is more effective.

Пример 2Example 2

Тестированию подвергали промышленные отходы: ЧС - Черный соляр из установки получения дорожных битумов, ШГ - Шлам из термогальванического цеха, ШВП - Шлам от ванн обезжиривания, ШГ2 - Гальванический шлам, фильтр-пресс-станция, ШФ - Шлам фосфатирования из ванны фосфатирования.Industrial waste was tested: Emergency Situations - Black Solar from a plant for the production of road bitumen, ШГ - Sludge from a thermovoltaic workshop, ШВП - Sludge from degreasing baths, ШГ2 - Galvanic sludge, filter press station, ШФ - Phosphating sludge from a phosphating bath.

Для сравнительной оценки использовали характеристики ЕС50 и EC10. В случае определения токсичности образца предлагаемым методом ЕС50 и ЕС10 - это эффективная масса образца, вызывающая 50% и 10% ингибирование дегидрогеназной активности культуры по сравнению с активностью культуры в отсутствие образца.For a comparative assessment, the characteristics of the EC 50 and EC 10 were used . In the case of determining the toxicity of the sample by the proposed method, the EU 50 and EU 10 is the effective mass of the sample, causing 50% and 10% inhibition of the dehydrogenase activity of the culture compared with the activity of the culture in the absence of the sample.

Результаты биотестирования приведены в таблице 2.The results of the biotesting are shown in table 2.

При биотестировании по предлагаемому способу значения ЕС50 оказались существенно ниже по сравнению с ЕС50, установленными способом с получением водного экстракта. Так, при анализе отхода ЧС ЕС50, определенная предлагаемым способом, составила 60 мг, тогда как способом с получением водного экстракта (как в прототипе) - 2300 мл и т.д. Это свидетельствует о том, что на тестовую функцию (дегидрогеназную активность) ингибирующее влияют не только водорастворимые токсиканты. Кроме того, из таблицы видно, что различия между установленными значениями ЕС50 существенно отличаются для каждого из тестируемых отходов. Так, для отхода ЧС различия составили 38 раз, для отхода ШГ - 3,5 раза, для ШВП - 1,9 раз, для ШГ2 - 3 раза, для ШФ - 6,4 раза. Аналогичная картина наблюдается при анализе различий в ЕС10. Так, различия составили 43, 2,4, 1,3, 2,3 и 3,9 раз для отходов ЧС, ШГ, ШВП, ШГ2 и ШФ соответственно. Эти различия свидетельствуют о том, что в составе отходов присутствуют вещества с разной растворимостью в воде, именно этим объясняются разные значения ЕС50 и ЕС10. Разная растворимость веществ обуславливает разный негативный эффект токсикантов в отходах на живые организмы и подтверждает необходимость оценивания не только водорастворимых соединений в отходах, но и находящихся в связанном состоянии. Таким образом, представленные данные демонстрируют преимущество заявленного технического решения.When biotesting according to the proposed method, the values of the EU 50 were significantly lower compared to the EU 50 established by the method of obtaining an aqueous extract. So, in the analysis of the emergency ES 50 waste, determined by the proposed method, amounted to 60 mg, while the method of obtaining an aqueous extract (as in the prototype) - 2300 ml, etc. This indicates that not only water-soluble toxicants affect the test function (dehydrogenase activity) inhibitory. In addition, the table shows that the differences between the established values of the EU 50 significantly differ for each of the tested waste. So, for emergency situations, the differences were 38 times, for emergency events - 3.5 times, for ballscrews - 1.9 times, for emergency balloons - 3 times, for emergency ships - 6.4 times. A similar picture is observed when analyzing differences in the EU 10 . So, the differences were 43, 2.4, 1.3, 2.3 and 3.9 times for wastes of emergency situations, SHG, ball screws, SHG2 and ShF, respectively. These differences indicate that the composition of the waste contains substances with different solubilities in water, this explains the different values of the EU 50 and EU 10 . The different solubility of substances determines the different negative effect of toxicants in waste on living organisms and confirms the need to evaluate not only water-soluble compounds in waste, but also in a bound state. Thus, the data presented demonstrate the advantage of the claimed technical solution.

Пример 3Example 3

Почвенные образцы, загрязненные металлами и органическим токсикантом фунгицидом альто-супер, тестировали предлагаемым способом и способом с получением водного экстракта. В этих же образцах до того, как их простерилизовали в автоклаве, определили дегидрогеназную активность аборигенной микрофлоры для того, чтобы выяснить, насколько адекватно результаты биотестирования отражают негативное влияние токсикантов на реальное сообщество микроорганизмов в почве и, следовательно, насколько легко их будет впоследствии интерпретировать. Для сравнения определяли токсичность образцов. Результаты тестирования представлены в таблице 3.Soil samples contaminated with metals and an organic toxicant, fungicide alto-super, were tested by the proposed method and method to obtain an aqueous extract. In the same samples, before they were sterilized in an autoclave, the dehydrogenase activity of indigenous microflora was determined in order to find out how adequately the results of biotesting reflect the negative effect of toxicants on the real community of microorganisms in the soil and, therefore, how easy it will be subsequently interpreted. For comparison, the toxicity of the samples was determined. The test results are presented in table 3.

Во-первых, из данных таблицы видно, что при тестировании по предлагаемому способу уровень ингибирующего эффекта значительно выше. Например, при загрязнении почвы фунгицидом альто-супер в концентрации 33,5 мг/кг уровень ингибирования различался в 1,9 раз, при загрязнении Cu (70 мг/кг) - в 1,5 раз, Cr (15,6 мг/кг) - в 1,6 раз и т.д.Firstly, the table shows that when testing by the proposed method, the level of inhibitory effect is much higher. For example, when soil is contaminated with fungicide alto super at a concentration of 33.5 mg / kg, the level of inhibition differed by 1.9 times, when contaminated with Cu (70 mg / kg), by 1.5 times, Cr (15.6 mg / kg ) - 1.6 times, etc.

Во-вторых, для того чтобы установить, результаты какого способа биотестирования наиболее адекватно отражают реальную ситуацию, был проведен корреляционный анализ. Установленный коэффициент корреляции (R) между результатами биотестирования по предлагаемому способу и результатами определения дегидрогеназной активности аборигенной микрофлоры оказался равным 0,96. При аналогичном анализе результатов биотестирования по способу с получением водного экстракта и результатов определения дегидрогеназной активности аборигенной микрофлоры коэффициент корреляции (R) составил 0,62. Таким образом, результаты, получаемые по предлагаемому способу, более адекватно отражают реальную ситуацию и поэтому более легко поддаются интерпретации.Secondly, in order to establish the results of which biotesting method most adequately reflect the real situation, a correlation analysis was carried out. The established correlation coefficient (R) between the results of biotesting by the proposed method and the results of determining the dehydrogenase activity of indigenous microflora turned out to be 0.96. In a similar analysis of the results of biotesting by the method with obtaining an aqueous extract and the results of determining the dehydrogenase activity of indigenous microflora, the correlation coefficient (R) was 0.62. Thus, the results obtained by the proposed method more adequately reflect the real situation and therefore more easily interpretable.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного уровня техники не выявлен способ, обладающий совокупностью заявленных в формуле изобретения признаков, позволяющий получить одновременно заявленную группу технических результатов (целей), а именно высокой эффективностью определения токсичности отходов, техногенных образований и почв за счет непосредственного контакта образца с тестовым объектом и низкой трудоемкостью при проведении анализа.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" presented to the invention, because from the studied prior art has not been identified a method that has a combination of the characteristics claimed in the claims, which allows to simultaneously obtain the claimed group of technical results (goals), namely, high efficiency of determining the toxicity of waste, man-made structures and soils due to direct contact of the sample with the test object and low laboriousness during the analysis.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. заявленное техническое решение не следует явным образом для специалиста в данной области техники и является не очевидным для специалиста и позволяет разрешить противоречивые задачи, а именно: с одной стороны, способ должен быть простым и дешевым и при этом одновременно обладать высокой эффективностью при определении токсичности отходов, техногенных образований и почв.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step" for inventions, because The claimed technical solution does not follow explicitly for a person skilled in the art and is not obvious to a person skilled in the art and allows to resolve conflicting tasks, namely: on the one hand, the method should be simple and cheap and at the same time have high efficiency in determining toxicity of wastes, technogenic formations and soils.

Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям, т.к. оно было реализовано на реальных промышленных отходах (черном соляре из установки получения дорожных битумов, шламе из термогальванического цеха, шламе от ванн обезжиривания, гальваническом шламе фильтр-пресс-станции, шламе фосфатирования из ванны фосфатирования), и получены заявленные результаты, а именно установлена более высокая эффективность заявленного технического решения, что подтверждается табличными данными. При этом для реализации заявленного промышленного решения требуется стандартное лабораторное оборудование, применяются традиционные реактивы и доступные микроорганизмы, например бациллы.The claimed technical solution meets the criterion of "industrial applicability" to the invention, because it was realized on real industrial waste (black solarium from a plant for the production of road bitumen, sludge from a thermogalvanic workshop, sludge from degreasing baths, galvanic sludge from a filter press station, phosphate sludge from a phosphating bath), and the stated results were obtained, namely, more high efficiency of the claimed technical solution, as evidenced by tabular data. At the same time, standard laboratory equipment is required to implement the claimed industrial solution, traditional reagents and available microorganisms, for example, bacilli, are used.

Источники информации:Information sources:

(1) GB 19990025788 19991101 Immobilized bacteria.(1) GB 19990025788 19991101 Immobilized bacteria.

(2) KR 20010054588 20010905 Kit for analysis of toxicity of toxic materials in sample usig fixed recombinant luminescent microorganisms.(2) KR 20010054588 20010905 Kit for analysis of toxicity of toxic materials in sample usig fixed recombinant luminescent microorganisms.

(3) MP №11-1/11-09. Определение общей токсичности почв по интенсивности биолюминисценции бактерий.(3) MP No. 11-1 / 11-09. Determination of general soil toxicity by the intensity of bacterial bioluminescence.

(4) Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии / Ф.Х.Хазиев; Ин-т биологии Уфим. НЦ - М.: Наука, 2005. - 252 с.(4) Khaziev F.Kh. Methods of soil enzymology / F.Kh. Khaziev; Institute of Biology Ufim. SC - M .: Nauka, 2005 .-- 252 p.

(5) Obbard J.P. Measurements of dehydrogenase activity using 2-p-iodophenyl-3-p-nitrophenyl-5-pheniltetrazolium chloride in the presence of copper // Biol. Fertil. Soils. - 2001. - V.33. - P.328-330.(5) Obbard J.P. Measurements of dehydrogenase activity using 2-p-iodophenyl-3-p-nitrophenyl-5-pheniltetrazolium chloride in the presence of copper // Biol. Fertil. Soils. - 2001. - V.33. - P.328-330.

(6) RU 2346035 C1 13.08.2007. Заявка 2007130940/13. Опубликовано 10.02.2009. Бюл. №4. Штамм бактерий Vibrio fischeri, используемый в качестве тест-культуры для определения токсичности объектов окружающей среды.(6) RU 2346035 C1 08.13.2007. Application 2007130940/13. Posted 02/10/2009. Bull. Number 4. The strain of bacteria Vibrio fischeri, used as a test culture to determine the toxicity of environmental objects.

(7) Brandt, K.K. Decreased abundunce and diversity of culturable Pseudomonas spp. Populations with increasing copper exposure in tghe suger beet rhizosphere [текст] / K.K.Brandt, A.Petersen, P.Holm, O.Nybroe // Microbiol Ecology. - 2006. - No.56. - P.281-291.(7) Brandt, K.K. Decreased abundunce and diversity of culturable Pseudomonas spp. Populations with increasing copper exposure in tghe suger beet rhizosphere [text] / K.K.Brandt, A.Petersen, P.Holm, O. Nybroe // Microbiol Ecology. - 2006. - No.56. - P.281-291.

(8) Ivask, A. Recombinant luminescent bacterial sensors fotr the measurement of bioavailability of cadmium and lead in soils polluted by metal smelters [текст] / A.Ivask, M.Fracois, A.Kahru, H.-C.Dobourguier, M.Virta, F.Douay // Chemosphere. - 2004. - No.55. - P.147-156.(8) Ivask, A. Recombinant luminescent bacterial sensors fotr the measurement of bioavailability of cadmium and lead in soils polluted by metal smelters [text] / A.Ivask, M.Fracois, A.Kahru, H.-C. Dobourguier, M .Virta, F. Douay // Chemosphere. - 2004. - No.55. - P.147-156.

Способ определения токсичности отходов и почвThe method for determining the toxicity of waste and soil

Таблица 1Table 1 ОбразецSample ЕС50 (мг), определенная по предлагаемому способуEC 50 (mg) determined by the proposed method ЕС50 (мкл), определенная по способу с получением водного экстрактаEC 50 (μl), determined by the method of obtaining an aqueous extract Почва, загрязненная хромомChromium contaminated soil 600600 30003000 (VI) в концентрации 7,8 мг/кг(VI) at a concentration of 7.8 mg / kg Почва, загрязненная хромомChromium contaminated soil 5454 176176 (VI) в концентрации 992 мг/кг(VI) at a concentration of 992 mg / kg Почва, загрязненная хромомChromium contaminated soil 2929th 136136 (VI) в концентрации 3971 мг/кг(VI) at a concentration of 3971 mg / kg Почва, загрязненная кадмием вCadmium contaminated soil in 15001500 30003000 концентрации 3 мг/кгconcentration of 3 mg / kg Почва, загрязненная кадмием вCadmium contaminated soil in 300300 30003000 концентрации 11,6 мг/кгconcentrations of 11.6 mg / kg Почва, загрязненная кадмием вCadmium contaminated soil in 107107 429429 концентрации 58 мг/кгconcentration of 58 mg / kg

Таблица 2table 2 Биотестирование по предлагаемому способуBiological testing of the proposed method Биотестирование по способу с получением водного экстрактаBiological testing according to the method of obtaining an aqueous extract ЕС50 EU 50 ЕС10 EU 10 ЕС50 EU 50 ЕС10 EU 10 ЧСEmergency 6060 2424 23002300 173173 ШГSH 6262 2222 218218 5353 ШВПBall screw 100one hundred 3939 190190 4444 ШГ2SHG2 112112 4040 334334 9090 ШФBf 3434 15fifteen 216216 5858

Таблица 3Table 3 Токсикант
в почве
Toxicant
in the soil
Концентрация, мг/кгConcentration, mg / kg Токсичность, %Toxicity,%
Предлагаемый способThe proposed method Способ с использованием водного экстрактаA method using an aqueous extract Способ, основанный на оценке аборигенной микрофлорыA method based on the assessment of indigenous microflora CuCu 55 2828 2222 1616 15fifteen 50fifty 3838 4747 30thirty 5555 4141 5757 6060 7070 4747 7878 7070 7272 4949 8181 120120 8080 6161 8383 180180 8787 7474 8989 CrCr 0,310.31 4141 00 4545 3,13,1 4646 00 5757 7,87.8 7979 2929th 8484 15,615.6 9393 5858 9393 992992 9696 6363 9696 39713971 100one hundred 6666 9999 NiNi 1010 1010 00 4four 20twenty 1717 11eleven 18eighteen 4040 4545 11eleven 4848 6060 6262 1313 6464 100one hundred 8080 4141 8080 250250 9292 5454 9494 PbPb 15fifteen 99 77 55 50fifty 6161 14fourteen 6060 100one hundred 7777 2121 7575 200200 8181 5959 8181 250250 8686 6464 8989 500500 9292 8080 100one hundred 10001000 9595 9090 100one hundred 15001500 100one hundred 9999 100one hundred ФунгицидFungicide 0,30.3 00 00 00 альто-alto 0,70.7 22 00 00 суперsuper 0,850.85 66 00 33 1,11,1 2727 00 99 1,31.3 2828 1919 1313 6,76.7 5757 2121 3737 33,533.5 8484 4444 7575 67,867.8 8888 5858 8787

Claims (1)

Способ определения токсичности образцов, заключающийся в измерении уровня тестовой функции микроорганизмов в присутствии и отсутствие анализируемого образца и вычислении токсичности на основании полученных результатов, отличающийся тем, что тестированию подвергают плотные образцы (отходы, почвы), причем тестирование проводят без предварительной процедуры получения водного экстракта образца, в качестве тест-объекта используют культуру почвенной бациллы, обладающей дегидрогеназной активностью, в качестве тест-функции используют его дегидрогеназную активность, которую определяют с применением ресазурина и регистрируют с использованием традиционного измерительного прибора для спектрофотометрии. A method for determining the toxicity of samples, which consists in measuring the level of the test function of microorganisms in the presence and absence of an analyzed sample and calculating toxicity based on the results, characterized in that dense samples (waste, soil) are tested, and testing is carried out without a preliminary procedure for obtaining an aqueous extract of the sample , as a test object, a culture of soil bacillus with dehydrogenase activity is used; as a test function, it is used dehydrogenase activity as determined using Resazurin and recorded using a conventional measuring apparatus for spectrophotometry.
RU2009119002/10A 2009-05-19 2009-05-19 Method to determine toxicity of wastes and soils RU2440418C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119002/10A RU2440418C2 (en) 2009-05-19 2009-05-19 Method to determine toxicity of wastes and soils

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009119002/10A RU2440418C2 (en) 2009-05-19 2009-05-19 Method to determine toxicity of wastes and soils

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009119002A RU2009119002A (en) 2010-11-27
RU2440418C2 true RU2440418C2 (en) 2012-01-20

Family

ID=44057242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009119002/10A RU2440418C2 (en) 2009-05-19 2009-05-19 Method to determine toxicity of wastes and soils

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2440418C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490630C1 (en) * 2012-07-12 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра Российской академии наук и Правительства Республики Северная Осетия-Алания (ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А) Method of determining soil toxicity
RU2672490C2 (en) * 2017-05-03 2018-11-15 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" Method of biochemical control of efficiency of recultivation of disturbed and polluted tundra soils

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИРХА Н. и др. Использование биотестов для оценки влияния почв на снижение токсичности комплексной смеси тяжелых металлов и полициклических ароматических углеводородов // Экологическая химия. - 2003, 12(4), с.233-239. ГАЛИЦКАЯ П.Ю. Микробный контактный тест на основе Bacillus pumilus для оценки токсичности загрязненных почв и отходов // Автореферат. - Казань, 2006. Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов, РЭФИА, НИА-Природа, Москва, 2002. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2490630C1 (en) * 2012-07-12 2013-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра Российской академии наук и Правительства Республики Северная Осетия-Алания (ЦГИ ВНЦ РАН и РСО-А) Method of determining soil toxicity
RU2672490C2 (en) * 2017-05-03 2018-11-15 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" Method of biochemical control of efficiency of recultivation of disturbed and polluted tundra soils

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009119002A (en) 2010-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bitton et al. Introduction and review of microbial and biochemical toxicity screening procedures
De Zwart et al. The Microtox as an alternative assay in the acute toxicity assessment of water pollutants
Fichtel et al. Spore dipicolinic acid contents used for estimating the number of endospores in sediments
Šepič et al. Toxicity of fluoranthene and its biodegradation metabolites to aquatic organisms
Müller et al. The effect of long-term mercury pollution on the soil microbial community
Abbondanzi et al. Optimisation of a microbial bioassay for contaminated soil monitoring: bacterial inoculum standardisation and comparison with Microtox® assay
Zacheus et al. Occurrence of legionellae in hot water distribution systems of Finnish apartment buildings
Kahru et al. Biotests and biosensors in ecotoxicological risk assessment of field soils polluted with zinc, lead, and cadmium
Altamirano et al. A novel approach to improve specificity of algal biosensors using wild-type and resistant mutants: an application to detect TNT
Cabral et al. Faecal coliform bacteria in Febros river (northwest Portugal): temporal variation, correlation with water parameters, and species identification
KR101136039B1 (en) Method for evaluating aquatic ecotoxicity using the growth area change rate or fluorescent property of Lemna paucicostata
Davis et al. Pollution‐induced community tolerance of soil microbes in response to a zinc gradient
Girotti et al. Improved detection of toxic chemicals using bioluminescent bacteria
CN101560491A (en) Luminous bacteria and application thereof in detecting general biological toxicity in food or water sample
Zare et al. Resazurin reduction assay, a useful tool for assessment of heavy metal toxicity in acidic conditions
RU2440418C2 (en) Method to determine toxicity of wastes and soils
Block et al. Ecotoxicity testing using aquatic bacteria
Ashun et al. A novel gas production bioassay of thiosulfate utilizing denitrifying bacteria (TUDB) for the toxicity assessment of heavy metals contaminated water
Shukor et al. Development of an inhibitive enzyme assay for copper
Kucharzyk et al. A method for assaying perchlorate concentration in microbial cultures using the fluorescent dye resazurin
Samal et al. Bioremediation of copper contaminated soil using bacteria
Stahl et al. Methods of microbial identification, tracking and monitoring of function
Strosnider Whole-cell bacterial biosensors and the detection of bioavailable arsenic
Savvaidis et al. Bacterial indicators and metal ions in high mountain lake waters
KR100653101B1 (en) A method for evaluating toxicity in water using ulva