Проблемы чистой воды и охраны гидросферы становятся все более острыми по мере развития научно-технического прогресса. Уже сейчас во многих районах земного шара наблюдаются большие трудности в обеспечении водопотребления и водопользования вследствие количественного и качественного истощения водных ресурсов. В первую очередь это связано с загрязнением водоемов и забором из них больших объемов воды (зарегулирование, переброска части стока рек и др.), ведущегося в интересах энергетики, орошения земель, навигации и в других целях.

Настоящая работа была выполнена по заданию Воронежского Областного Комитета по экологии и охране природных ресурсов. В его штате отсутствуют гидробиологи, однако результаты гидробиологического тестирования сточных вод очень важны и интересуют Комитет. Пробы для тестирования были предоставлены лабораторией Комитета, а небольшое количество дафний для разведения и дальнейшего использования в опытах – кафедрой зоологии беспозвоночных Воронежского государственного университета.

Для тестирования были взяты стоки вод в прудах-отстойниках шести сахарных заводов области.

Результаты экспериментов переданы в Областной Комитет по экологии и охране природных ресурсов.

Современное состояние проблемы загрязнения водоемов и очистки сточных вод

Загрязнение водоемов в наибольшей степени связано со сбросом в них промышленных, сельскохозяйственных и бытовых стоков, с попаданием загрязняющих веществ из атмосферы и в результате деятельности человека на самих водоемах. Во многих водоемах загрязнение настолько велико, что привело к полной деградации их экосистемы, потере их хозяйственной и ландшафтной ценности.

Под загрязнением водоемов понимается ухудшение их экономического значения и биосферных функций в результате антропогенного поступления в них вредных веществ.

Из загрязняющих веществ наибольшее значение для водных экосистем имеет нефть и продукты ее переработки, пестициды, соединения тяжелых металлов, детергенты, антисептики. Чрезвычайно опасным стало загрязнение водоемов радионуклидами. Значительную роль в загрязнении водоемов играют бытовые стоки, лесосплав, отходя деревообрабатывающих предприятий и многие другие загрязнения, не относящиеся к токсическим, но ухудшающие среду гидробионтов.

Сточные воды – это воды, использованные на бытовые, производственные и другие нужды и загрязненные различными примесями, изменившими их первоначальный химический состав и физические свойства, а также воды, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий в результате выпадения атмосферных осадков или поливки улиц.

В зависимости от происхождения, вида и состава сточные воды подразделяются на три основные категории:

1. Бытовые (от туалетных комнат, кухонь, столовых, больниц. Они поступают от жилых и общественных зданий, а также от бытовых помещений промышленных предприятий)

2. Производственные (воды, использованные в технических процессах, не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству)

3. Атмосферные (дождевые и талые, вместе с атмосферными отводятся воды от полива улиц, от фонтанов и дренажей)

Сточные воды представляют собой сложные гетерогенные смеси, содержащие примеси органического и минерального происхождения, которые находятся в нерастворенном, коллоидном и растворенном состоянии. Степень загрязнения сточных вод оценивается концентрацией, т. е. массой примесей в единице объема (мг/л). Наиболее сложны по составу сточные воды промышленных предприятий. На формирование производственных сточных вод влияют перерабатываемое сырье, технический процесс производства, применяемые реагенты, промежуточные изделия и продукты, состав исходной воды, местные условия и др.

Эти воды могут различаться по концентрации загрязняющих веществ, по степени агрессивности и т. д.

Водоемы загрязняются в основном в результате спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов. В результате сброса сточных вод изменяются физические свойства воды (повышается температура, уменьшается прозрачность, появляются привкусы, окраска, запахи), на поверхности водоемов появляются плавающие вещества, а на дне образуются осадки, изменяется химический состав воды (увеличивается содержание органических и неорганических веществ, появляются токсические вещества, уменьшается содержание кислорода, изменяется активная реакция среды и др.), изменяется качественные и количественные бактериальный состав, появляются болезнетворные бактерии. Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого и технического водоснабжения, теряют рыбохозяйственное значение.

Первые шаги к усовершенствованию процесса очистки сточных вод связано с прямым использованием природного самоочищения и фильтрационной способности почвы. Уже в 19 столетии вокруг крупных промышленных центров были выделены специальные земельные участки, которые служили для очистки сточных вод. Они получили название полей фильтрации и полей орошения. Но длительность срока очистки и большие земельные площади делают эти способы малоэкономичными при быстро развивающемся производстве. При таком способе очистки возникают так же определенные санитарно-эпидемиологические трудности.

Следующим этапом развития способов очистки сточных вод было использование биологических прудов. Процесс очистки воды в них проходит по принципу естественного очищения обычного для водоемов и только отчасти регулируется человеком. Так очищаются стоки мясокомбинатов, молочных и сахарных заводов, кондитерских и других предприятий. Нередко такие пруды обеспечиваются принудительной аэрацией и циркуляцией воды. Отрицательным моментом работы биопрудов является длительность процесса очистки, который продолжается до 30 суток. Процесс очистки считается окончательным при следах азота аммонийного в воде.

Технический прогресс и все усиливающийся процесс индустриализации привели уже в начале 20 века к необходимости изыскать более быстрые и экономичные методы очистки сточных вод.

Методы искусственной биологической очистки, основанные на активной деятельности живых организмов, остаются в настоящее время основными экономичными и эффективными, обеспечивающие наиболее полное разложение загрязнений по сравнению со всеми иными индустриальными методами.

3. Методы анализа и тестирования сточных вод

Среди методов гидробиологического анализа поверхностных вод сапробиологический анализ занимает одно из важнейших мест. Разработанный еще в начале 20 века ботаником Кольквитцем и зоологом Марссоном сапробиологический анализ продолжает успешно применяться в повседневной практике гидробиологического контроля качества поверхностных вод.

Первоначально под сапробностью понималась способность организмов развиваться при большем или меньшем содержании в воде органических загрязнений. Затем экспериментально было доказано, что сапробность организма обусловливается как его потребностью в органическом питании, так и резистентностью по отношению к вредным продуктам распада и дефициту кислорода в загрязненных водах.

Теперь установлено, что в ряду организмов олигосапробы-мезосапробы-полисапробы возрастает не только специфическая стойкость к органическим загрязнителям и к таким их последствиям, как дефицит кислорода, но и их неспецифическая способность существовать при резко различных условиях среды. Это положение значительно расширяет возможности использования сапробиологического анализа не только в случае загрязнения вод бытовыми стоками, но и при их промышленном загрязнении.

В классической системе показательные организмы разделяются на три группы:

1. организмы сильно загрязненных вод – полисапробионты, или полисапробы;

2. организмы умеренно загрязненных вод – мезосапробионты, или мезосапробы;

3. организмы слабо загрязненных вод – олигосапробионты, или олигосапробы.

Полисапробные воды характеризуются бедностью кислорода и большим содержанием углекислоты и высокомолекулярных легко разлагающихся органических веществ – белков, углеводов. Население полисапробных вод обладает малым видовым разнообразием, но отдельные виды могут достигать большой численности. Здесь особенно распространены бесцветные жгутиконосцы и бактерии.

Мезасапробные воды характеризуются энергичным самоочищением. Большой численностью обладают грибы, бактерии и водоросли. В этих водах обитают беспозвоночные организмы, а также нетребовательные к кислороду виды рыб. Деревенские пруды, рвы и канавы на полях орошения обычно содержат мазосапробные воды.

В олигосапробных водах процессы самоочищения протекают менее интенсивно, чем в мезосапробных. В них доминируют окислительные процессы, нередко наблюдается пресыщение кислородом, преобладают такие продукты как аммонийные соединения, нитриты и нитраты. В этих водах разнообразно представлены животные и растительные организмы.

Олигосапробные воды – это практические чистые воды больших озер. Если такие воды произошли путем минерализации из загрязненных вод, то для них характерна почти полная минерализация органических веществ.

Дафния является мезосапробным организмом. С ее помощью можно определить достаточно хорошую степень очистки сточных вод. Так как она очень чувствительна к изменениям водной среды мы можем определить и недостаточную степень очистки воды. Поэтому мы проводили биотестирование сточных вод методом Дафния.

4. Биотестирование сточных вод методом Daphnia

К настоящему времени апробированы и используются на практике большое количество предельно допустимых концентраций различных веществ, успешно внедряются в практику народного хозяйства также нормы предельно допустимых стоков.

При избыточном поступлении стоков с высокими концентрациями вредных веществ нарушаются природные качества воды, и она становится непригодной для выполнения биологических функций организма. Это отрицательно сказывается на состоянии и развитии всех водных организмов и приводит к негативным состояниям стабилизированных экосистем, структура которых в большинстве случаев упрощается.

Часть ее компонентов, в первую очередь полезных человеку, частично вымирает, а ограниченное число отдельных представителей флоры и фауны может интенсивно развиваться и способствовать ухудшению природных качеств вод.

Задача настоящей работы заключается в контроле качества сточных вод, выбрасываемых сахарными заводами области. Контроль производится одним из самых допустимых биологических методов на ветвистоусом рачке Daphnia magna из отряда листоногие раки.

Для проведения данной работы требуются следующие материалы и оборудование:

Микроскоп МБС, лупы, гидробиологический сачок для отлова дафний, сачки для переноса дафний в сосуд для биотестирования, аквариум-отсадник объемом 5 л, цилиндры мерные объемом 0,5-2 л, пипетки мерные на 1,2,10 мл, стаканы химические объемом 200,100,50 мл, воронки стеклянные, чашки Петри, фильтровальная бумага

5. Характеристика тест-объектов

Род Daphniaвключает 50 видов и имеет повсеместное распространение. В пресных водоемах нашей области широко распространены 5 видов дафний.

Рачки вида Daphnia magna имеют более крупные размеры и их применение в токсикологических экспериментах предпочтительнее. Они обитают в стоячий водоемах и слабопроточных водах, особенно часто во временных пересыхающих водоемах, лужах. На территории нашей страны распространены повсеместно, кроме Заполярья и Дальнего Востока. Являются типичными мезосапробами, переносят осоление до 6%.

Короткий биологический цикл развития позволяет проследить рост и развитие дафний на всех жизненных стадиях. В течение жизни дафнии выделяют ряд стадий, сопровождающихся линьками: первые 3 следуют через 20-24-36 часов, четвертая – созревание яиц в яичнике и пятая – откладка яиц в выводковую камеру следуют с интервалами 1 -1,5 суток. Начиная с шестой стадии, каждая линька сопровождается откладыванием яиц. Растет дафния наиболее интенсивно в первые дни после рождения, после наступления половозрелости рост замедляется. Новорожденная молодь имеет размеры 0,7-0,9 мм в длину, к моменту половозрелости самки достигают 2,2 – 2,4 мм, а самцы – 2,0 – 2,1 мм. Максимальная длина тела самок может достигать 6,0 мм.

При благоприятных условиях и в лаборатории дафнии большую часть года размножаются без оплодотворения – партеногенетически, производят потомство, состоящее из самок. При недостатке пищи, перенаселении, изменении температурных условий и уменьшения светового дня в популяции дафний появляются самцы, и дафнии переходят к половому размножению, откладывая после оплодотворения «зимние яйца» (1-2) в эфиппиум, образованный из части створок раковины самок.

Период созревания рачков при оптимальной температуре 20-220С с хорошим питанием – 5 -8 дней. Длительность эмбрионального развития обычно 3-4 дня, а при повышении температуры до 25-46 часов. По истечении этого времени происходит вымет молоди. Партеногенетические поколения следуют одно за другим каждые 3-4 дня. Формирование яиц в кладке прекращается за 2-3 дня до смерти. В природе дафнии живут в среднем 20-25 дней, а в лаборатории при оптимальном режиме 3-4 месяца и более. При температурах свыше 250С продолжительность жизни дафний может сократиться до 25 дней.

Источником питания дафний в природных водоемах являются бактерии, одноклеточные водоросли, детрит, растворенные органические вещества. Интенсивность потребления корма зависит от его характера, концентрации в среде, температуры и возраста рачков. Процесс питания дафний непосредственно связан с движением грудных ножек, направляющих ток воды во внутрь раковины. Пищевые частицы, отфильтрованные на «сите», поступают в продольный желоб и передаются ко рту рачка.

Функции грудных ножек связаны с процессами дыхания. В жабрах (овальные выросты ножек) происходит газообмен. Дафния устойчива к изменению кислородного режима (от 2 мг О2/л), что связано со способностью синтезировать гемоглобин. В условиях пониженной концентрации растворенного кислорода дафнии приобретают красноватый цвет, а при благоприятных условиях – розовато-желтый цвет.

В лабораторных условиях мы использовали дрожжевой корм, который готовили следующим образом: 1 г свежих или 0,3 г воздушно-сухих дрожжей заливали 100 мл дистиллированной воды. После набухания дрожжи тщательно перемешиваются. Отстаивают 30 минут. Добавляют надосадочную жидкость в сосуды с рачками в количестве 3 мл на 1 л воды.

Подготовка дафний к биотестированию проходила по следующей схеме: 30-40 рачков с выводковыми камерами полными яиц или зародышей на 3-4 суток до тестирования пересаживают в 1-2-хлитровые емкости (стаканы) с аквариумной водой, в которую перед посадкой дафний вносят корм. После появления молоди (каждая самка может выметать от 10 до 40 молодых дафний) взрослых особей удаляют с помощью стеклянной трубки, а одно-двухдневную молодь используют для биотестирования. Необходимое для тестирование количество дафний определяется числом контрольных проб воды и их разбавлений. Так, для тестирования одной пробы с одним повтором, в трехкратной повторности, потребуется 60 дафний (в каждый сосуд для тестирования помещают по 10 рачков)

6. Тесты токсичности на Daphnia

Существуют несколько тестов-методов определения токсичности природных и сточных вод на Daphnia, разработанных разными авторами. Мы пользовались тестом Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР 1986 года «Биотестирование сточных вод с использованием Daphnia»

При биотестировании определяют острое и хроническое токсическое воздействие вредных веществ на животных. За острое принимается действие, оказываемое сточной водой на Daphnia в течение от 10 минут до 96 часов и проявляющееся в их обездвижении или гибели. Перед биотестированием проводились подготовительные работы, включающие получение исходного материала для лабораторной культуры и ее выращивания. Для биотестирования отбирали пробу сточной воды из прудов отстойников шести сахарных заводов области. Для сравнения с фоном отбирали пробу воды вне зоны влияния сточных вод.

Пробы помещали в стеклянные емкости, которые заполняли под крышку, чтобы исключить доступ воздуха. Не допускается замораживание и консервирование отобранных проб. Биотестирование проводили сразу после отбора проб и доставки их в лабораторию. Запас воды для биотестирования хранили в холодильнике. Температура тестируемой воды +18-240С.

Биотестирование установившихся сбросов сточных вод производится для выявления и последующего осуществления контроля источников ЭВЗ (экстемально высокого загрязнения). Определяется острое действие тестируемых проб на дафний. Критерием острого токсического действия является выживаемость рачков, показатель выживаемости – количество выживших дафний за период тестирования. Тестируют сточную воду без разбавления и воду контрольную.

По 100 мл аквариумной и соответствующих проб воды наливают в сосуды для тестирования. В каждый помещают по 10 особей молоди дафний. Их вносят в сосуды для тестирования с помощью сачка диаметром 3-4 см из планктонного газа или пипеткой с резиновой грушей. Повторность трехкратная. Сосуды оставляют при рассеянном свете. Дафний в течение всего периода биотестирования не кормят. Подсчитывают количество погибших и обездвиженных дафний, последних включают в число погибших. Обездвиженным считается опустившийся на дно рачок, не поднимающийся в толщу воды через 10-30 секунд после встряхивания сосуда. Определяют количество выживших дафний. Учет проводят каждый час в течение первых 8 часов наблюдений, затем через 12 и 24 часа от начала тестирования, в последующем – в начале и конце рабочего дня.

7. Обработка и оценка результатов

Определяют среднюю арифметическую величину выживаемости дафний в тестируемой воде по сравнению с контролем и высчитывают процент отклонения от контроля. Тестируемая вода оказывает острое токсическое действие на дафний в том случае, если процент отклонения от контрольного показателя выживаемости дафний в течение 96 часов составляет менее 10. Результаты биотестирования выражают в баллах

В случае получения 0 баллов ситуация считается благополучной и не требует применения дополнительных водоохранных мер. При получении оценочного балла 1 ситуация считается неблагополучной и принимаются меры по улучшению работы имеющихся водоохранных сооружений. При оценочном балле 2 необходимо провести биотестирование соответсвующих проб воды для определения хронического токсического действия. Результаты биотестирования, выражающиеся в баллах 3,4,5 свидетельствуют о ситуации, которая может нанести существенный ущерб водному объекту и требуют принятия мер по организации дополнительных водоохранных мероприятий. Предприятия, на которых тестируемые пробы воды из контрольного створа водного объекта оценены баллом 3 и выше, включаются в перечень потенциальных источников ЭВЗ водных объектов и подлежат токсикологическому контролю

8. Выводы и предложения

В результате проведенных анализов были получены следующие результаты:

Без разбавления: Два сахарных завода (Эртильский и Грибановский) проводят сброс гипертоксических вод (5 баллов) в пруды-отстойники. Садовский сахарный завод проводит сброс высокотоксичных вод (4 балла), а три сахарных завода (Елань-Коленовский, Нижнее-Кисляйский и Перелешинский) проводят сброс среднетоксичных вод (3 балла) в пруды-отстойники.

При разбавлении 1:10: токсичность с гипертоксичной снижается до высокотоксичной.

При разбавлении 1:100: Гипертоксичность снижается, вода становится среднетоксичной.

Данные экспериментов были переданы в Областной Комитет по экологии и охране природных ресурсов. Все заводы занесены в перечень потенциальных источников ЭВЗ ввозных объектов и подлежат токсикологическому контролю.

Проведенная работа показала, что методика биотестирования проста и доступна. Ее можно рекомендовать для широкого применения в практике как специалистам гидробиологам природоохранных организаций и вузов, так и студентам вузов, техникумов и учащимся технических училищ и школ.

Биотестирование (биологическое тестирование) - оценка качества объектов окружающей среды (воды и пр.) по ответным реакциям живых организмов, являющихся тест-объектами.

Это широко распространенный экспериментальный методический прием, который представляет собой токсикологический эксперимент. Суть эксперимента заключается в том, что тест-объекты помещают в исследуемую среду и выдерживают (экспонируют) определенное время, в течении которого регистрируют реакции тест-объектов на воздействие этой среды.

Приемы биотестирования широко применяются в различных областях природоохранной деятельности и используются по различным назначениям. Биотестирование является основным методом при разработке нормативов ПДК химических веществ (биотестирование токсичности индивидуальных химических веществ), и, в конечном итоге, при оценке из опасности для окружающей среды и здоровья населения. Таким образом, оценка уровня загрязнения по результатам химического анализа, т.е. интерпретация результатов с точки зрения опасности для окружающей среды, также в значительной степени опирается на данные биотестирования.

Методы биотестирования, будучи биологическими по сути, близки по смыслу получаемых данных к методам химического анализа вод: как и химические методы, они отражают характеристику воздействия на водные биоценозы.

Требования, применяемые к методикам биотестирования:

• - чувствительность тест-организмов к достаточно малым концентрациям загрязняющих веществ.
• - отсутствие инверсии ответных реакций тест-организмов на разные значения концентрации загрязняющих веществ в пределах тех значений, кот-е отмечены в природных водах;
• - возможность получать надежные результаты, метрологическая обеспеченность методик;
• - доступность тест-организмов для сбора, простота культивирования и содержания в условиях лаборатории;
• - простота выполнения процедуры и технических приемов биотеста;
• - низкая себестоимость работ по биотестированию.

Развиваются два основных направления работ по биотестированию:

• - подбор методик с использованием гидробионтов, охватывающих основные иерархические структуры водной экосистемы и звенья трофической цепи;
• - поиск наиболее чувствительных тест-организмов, которые позволили бы уловить низкий уровень токсичности при обеспеченной гарантии надежности информации.

Для токсикологической оценки загрязнения пресноводных экосистем на основе биотестирования водной среды рекомендовано использовать несколько видов тест-объектов: водоросли, дафнии, цериодафний, бактерии, простейшие, коловратки, рыбы.

Водоросли - основа пищевых цепей во всех природных экосистемах. Наиболее чувствительные организмы к широкой гамме химических веществ от детергентов до НФПР. Отмирание клеток, нарушение скорости роста, изменение процессов фотосинтеза и др. метаболич. процессов. Chlorella vulgaris, Scenedesmus quadricauda, Anabaena, Microcystis, Oscillatoria, Phormidium.

Бактерии - изменение скорости разложения (биодеградации) органических соединений/ Nitrosomonas, Nitrosobacter; изменение метаболических процессов в организме - Escherichia coli (оценка влияния токсиканта на сбраживание глюкозы)

Простейшие. Дафнии. ДДТ, (ГХЦГ)гексахлорциклогексан, ТЯЖЕЛЫЕ металлы (медь-цинк-кадмий-хром), биогенные элементы. Daphnia magna.

Коловратки

Рыбы. Гуппи (Poecillia reticulata) - металлы, пестициды; данио (Brachidanio rerio).

Рыбы природных вод. Высокочувствительные: - лососевые (форель), шиповка, пескарь, плотва, голец, судак, верховка; среднечувствительные: окунь, красноперка, лещь, гольян, карп, уклея.

Токсичность вод

О наличии токсичности судят по проявлениям негативных эффектов у тест-объектов, которые считаются показателями токсичности.

Среди показателей токсичности выделяют: общебиологические, физиологические, биохимические, химические, биофизические, и т.д.

Показателем токсичности является тест-реакция, изменения которой регистрируют в ходе токсикологического эксперимента.

Следует заметить, что под токсикологическими (биотестовыми) показателями в экологической и водной токсикологии понимают показатели биотестирования на различных тест-объектах. В тоже время в санитарно-гигиеническом нормировании под токсикологическими показателями понимают концентрации токсичных химических веществ (например, в нормировании питьевой воды они характеризуют ее безвредность).

При биотестировании проб природной воды обычно ставят два вопроса: - токсична ли проба природной воды; - какова степень токсичности, если таковая имеется?

В результате биотестирования проб на основе регистрации показателей токсичности делают оценку токсичности по критериям, установленным для каждого биообъекта. Результаты биотестирования опытной пробы с исследуемого участка сравнивают с контрольной, заведомо нетоксичной пробой и по разнице в контроле и опыте судят о наличии токсичности.

При этом эффекты воздействия делят на острые и хронические. Их обозначают как острое и хроническое токсическое действие или как острую и хроническую токсичность (ОТД и ХТД). Эти термины и используют для выражения результатов биотестирования.

Острое токсическое действие - воздействие, вызывающее быструю ответную реакцию тест-объекта. Его чаще всего измеряют по тест-реакции «выживаемость» за относительно короткий период времени.

Хроническое токсическое действие - воздействие, вызывающее ответную реакцию тест-объекта, проявляющуюся в течение относительно долгого периода времени. Измеряют по тест-реакциям: выживаемость, плодовитость, изменение роста и т.п.

Реакция тест-объектов на токсическое воздействие зависит от интенсивности или продолжительности воздействия. По результатам биотестирования находят количественную зависимость между величиной воздействия и реакцией тест-объектов.

Реакция организмов на воздействие токсических химических веществ представляет собой комплекс взаимосвязанных эволюционно сформировавшихся реакций, направленных на сохранение постоянства внутренней среды организма и в конечном итоге на выживание.

Выявлены определенные закономерности реакций организмов на токсические воздействия. В общем виде воздействие токсического вещества на организм описывается двумя основными параметрами: концентрацией и временем воздействия (экспозицией). Именно эти параметры определяют степень влияния токсичного вещества на организм.

Экспозиция - период, в течение которого организм находится под воздействием исследуемого фактора, в частности химического вещества. В зависимости от экспозиции различают острое или хроническое токсическое воздействие.

Результат токсического воздействия обычно называют эффектом токсического воздействия. Для описания зависимости между эффектом воздействия токсического вещества на организм и его концентрацией предложены различные функции, например, формула Хабера:

Где Е - эффект (результат) воздействия;

С - концентрация воздействующего вещества;

Т - время воздействия (экспозиция).

Е - представляет собой любой результат воздействия (гибель тест-объектов), а величины С и Т - могут быть выражены в соответствующих единицах измерения.

Как видно из формулы Хабера, между эффектом временем воздействия концентрацией имеется прямая функциональная связь: эффект будет тем большим, чем больше величина воздействия (конц-ция вещ-ва) и/или его продолжительность.

Формула Хабера позволяет сравнивать биологические эффекты различных химических веществ с помощью анализа их конц-ции или экспозиции. Отличия по какому-либо из этих величин отражают отличия в чувствительности организмов к токсическому воздействию.

При малых конц-циях или экспозициях эффект воздействия проявляется в популяции у небольшого числа тест-объектов, которые оказываются наиболее чувствительными, т.е. наименее устойчивыми к воздействию. По мере увеличения концентрации или экспозиции число устойчивых организмов падает, и в конце концов у всех (или почти у всех) организмов удается зарегистрировать четко выраженные эффекты токсического воздействия. В ходе токсикологического эксперимента находят зависимость отклика тест-объектов от величины или времени воздействия.

Параметры токсичности химического воздействия:

• - Летальная концентрация (ЛК50) - концентрация токсиканта, вызывающая гибель 50% тест-организмов за определенное время (чем ниже ЛК50, тем выше токсичность химического вещества или воды)
• - Максимальная недействующая концентрация - наивысшая измеренная концентрация химического вещества (тестируемой воды), не вызывающая наблюдаемого химического воздействия (чем ниже МНК, тем выше токсичность хим. вещ-ва или сточной воды).

Не все организмы одинаково реагируют на одно и то же воздействие. Реакция зависит от чувствительности к возд-вию.

Чувствительность организма к токсичному веществу - это совокупность реакций на его воздействие, характеризующих степень и скорость реагирования организма. Характеризуется такими показателями, как время начала проявления отклика (реакции) или конц-ция токсического вещ-ва, при которой проявляется реакция; она существенно отличается не только у разных видов, но и у разных особей одного вида.

Согласно ряду чувствительности, разработанному С.А. Патиным (1988), тест объекты можно расположить следующм образом:

Рыбы-зоопланктон-зообентос-фитопланктон-бактерии-простейшие-макрофиты.

Существуют и другие ряды чувствительности.

Например, при биотестировании вод целлюлозно-бумажных предприятий: водоросли-бактерии-рыбы (по уменьшению чувствительности).

Факторы, влияющие на биотестирование:

• - факторы, влияющие на тест-организмы (экспозиция; условия культивирования, в природе - условия жизни растений и животных; возрастные особенности, сезон года, обеспечение тест-организмов пищей, температура (пессимум и оптимум), освещенность);
• - факторы, определяющие физико-химические свойства тестируемой природной воды, от которых зависит ее токсичность для тест-организмов (свежесть пробы, наличие в ней взвешенных частиц).

Введение

Многие известные заболевания человека имеют соответствие в генетическом коде плодовой мушки. Исследования на дрозофиле помогают понять фундаментальные биологические процессы, которые непосредственно связаны с человеком и его здоровьем. Они используются в моделировании некоторых заболеваний человека, например, таких как, болезни Паркинсона, Хантингтона и Альцгеймера, а также для изучения механизмов, которые лежат в основе рака, диабета, иммунитета, наркотической зависимости и многих других.

Drosophila melanogaster широко используется и для оценки качества окружающей среды. Так же она является генетической моделью при исследованиях насекомых, которые могут переносить опасные инфекционные болезни человека (Например, Culex pipiens - Вирус Западного Нила, Anopheles gambiae - малярию, Aedes aegypu - лихорадку Денге). Результаты исследований, полученные на дрозофиле, также дают ключ к пониманию генетических процессов, выявляемых при изучении важных для сельского хозяйства насекомых, таких как пчелы и тутовый шелкопряд, и насекомых - вредителей, к которым относится саранча и многие виды жуков и тлей.

Актуальность темы дипломной работы состоит в том, что Drosophila melanogaster широко используется и имеет огромное значение в жизни человека. Но во время ее культивирования и использования в исследованиях можно столкнуться с рядом проблем, которые необходимо изучать для облегчения работы с ней. Кроме того, существует мало литературы по методам ее культивирования.

Объект исследования - методика культивирования и использования Drosophila melanogaster в биотестировании.

Предмет исследования - эффективность методики.

Цель работы - разработать методы оптимизации использования Drosophila melanogaster в целях биотестирования.

Для того чтобы достигнуть поставленной цели были поставлены следующие задачи:

1. Выделить проблемы, связанные с биотестированием Drosophila melanogaster.

2. Найти подходы к реализации решения проблем.

3. Экспериментальным путем установить эффективность собственных и известных из литературы путей повышения эффективности использования Drosophila melanogaster как тест - объекта.

Биотестирование, как метод экологического исследования

Суть биотестирования и предъявляемые к его методам требования

молекулярный генетический дрозофила биотестирование

Биотестирование -- это такая процедура установления токсичности среды, при которой специальные тест - объекты информируют об опасности, при этом не зависят от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций [Ляшенко, 2012].

Определение характера и степени токсичности тестируемой среды и является целью биотестирования.

Само биотестирование основано на регистрации биологически важных показателей, так называемых тест - функций, исследуемых тест - объектов. После регистрации этих показателей производиться оценка их состояния в соответствии с выбранным критерием токсичности. В свою очередь тест - функции бывают биологические и физиологические. К биологическим функциям относятся выживаемость, плодовитость, размножение и качество потомства, а к физиологическим - дыхание, показатели крови, активность питания, обмен веществ [Ляшенко, 2012].

Тест - объектами (или иначе тест - организмами) называют такие биологические объекты, которые используют для оценки токсичности химических веществ. Проявляющийся токсический эффект регистрируют и оценивают в эксперименте.

Биотестирование в отличие от аналитических методов подразумевает слежение за антропогенными и природными процессами в биологических средах, которые включают всю совокупность взаимодействия агентов внешней среды с живым, в том числе и такие как выяснение ответной реакции биосред на антропогенные и природные воздействия [Иваныкина, 2010]. Такими ответами могут служить реакции на стресс - факторы. Методы имеют много преимуществ. Например, они более информативны для определения прямой реакции экосистемы на антропогенное воздействие. С помощью данных подходов в экологическом мониторинге можно получать объективную, а также количественную оценку процессов регенерирования объектов окружающей среды. Можно также, благодаря этим методам, оценить эффективность мероприятий по охране природы [Балакирев, 2013]. Также еще одним достоинством метода является определение общей токсичности, которые создаются присутствием экотоксикантов, не нормирующиеся существующими стандартами, но обладающие способностью вызывать разнообразные генотоксические, токсические, цитотоксические или мутагенные эффекты [Журавлева, 2006].

Кроме того, химико-аналитические и гидрохимические методы могут быть неэффективными, в силу их недостаточно высокой чувствительности. Биота может подвергаться токсическим воздействиям, которые не регистрируются техническими средствами связи с тем, что любой аналитический датчик не способен воспринимать такие низкие концентрации веществ по сравнению с живыми объектами [Мелехова, 2007].

В основе биотестирования лежит метод биологического моделирования. В определенной мере всякая модель является специфической формой отражения действительности. При биотестировании происходит перенос знаний с примитивной системы (смоделированной в лаборатории) на более сложную систему (экосистема в реальных условиях) [Маячкина, 2009]. По некоторым данным биотестирование - обязательное дополнение к химическому анализу, а также является интегральным методом оценки токсичности водной среды [Туманов, Постнов, 1983]. В стандарты по контролю качества вод различного назначения включены и методы биотестирования [Александрова, 2013].

Для того чтобы оценить состояние разных организмов, находящихся под воздействием естественных или антропогенных факторов проводят тестирование на биологических объектах, которые представляют собой комплекс различных подходов. Эффективность физиологических процессов, которые обеспечивают нормальное функционирование организма (например, такие как дыхание, обмен веществ, активность питания и тому подобное) является основным показателем их состояния. На воздействие среды организм реагирует посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов, но только при оптимальных условиях поддерживает оптимальное протекание процессов развития. Под воздействием неблагоприятных условий гомеостаз может быть нарушен, что приводит к состоянию стресса. Эти нарушения могут происходить до появления изменений, которые используются параметрами жизнеспособности. Таким образом, методы биотестирования, основываются на исследовании механизмов гомеостаза и его эффективности, а также позволяют уловить присутствие воздействия стресс - фактора раньше, чем другие, обычно используемые методы [Мелехова, 2007].

Значительное время контроль за загрязнением окружающей среды осуществлялся только физико-химическими методами, путем определения концентраций загрязнителей и соблюдением соответствия величин измеренных концентраций нормированных показателей предельно-допустимым концентрациям (ПДК). С развитием химической промышленности, синтезом новых соединений и их использованием в производстве перечень контролируемых загрязнителей в составе сточных вод увеличивается с каждым днем. Сегодня много загрязняющих веществ по разным причинам не контролируется: для одних не разработаны ПДК, для других отсутствуют утвержденные методики определения, а их воздействие испытывает окружающая среда. В результате поучается так, что широкий спектр соединений, токсичных веществ в водной, воздушной и почвенной средах не контролируется. Но и в случае контроля полного спектра соединений в среде на уровне ПДК нельзя утверждать об отсутствии вредного воздействия на окружающую среду. Так как информация физико-химических показателей не позволяет в принципе сделать вывод о совокупном воздействии загрязняющих веществ различной природы на живые организмы и степени их опасности.

Заполнить информационный аналитический вакуум о комбинационном воздействии загрязнителей признаны методы биотестирования. Особенность информации, получаемой с помощью методов биотестирования состоит в интегральном характере отражения всей совокупности свойств испытуемой среды с позиции восприятия ее живых объектом. И в отличии от физико-химических методов, посредством которых определяется валовое содержание того или иного загрязнителя, биотестовые методы анализа качества воды позволяют обнаружить физиологически активные формы соединений, влияющие на организм. Так, например, нет возможности разрабатывать ПДК веществ под различные значения рН среды, а именно изменение рН среды влечет за собой образование иных форм соединений, возможно более токсичных. Или же токсическое действие токсикантов усиливается в мягкой воде нежели чем в жесткой. А комплексное воздействие загрязнителей совсем непредсказуемо.

Изучено и выделены несколько вариантов воздействия токсикантов.

1. Антагонистическое воздействие токсикантов - возможно такое сочетание ионов в комбинации которых эффект токсичности будет меньше.

2. Аддитивный эффект - эффект токсичности суммы токискантов равен сумме эффектов токсичности.

3. Синергический эффект - неполное суммирование эффектов токсичности.

4. Сеисибилизационный эффект - комбинация токсикантов усиливает эффект токсичности.

Сегодня биотестовые методы, как необходимое дополнение к химическому анализу включены в стандарт по контролю качества вод различного назначения.

Принцип биотестирования сводится к регистрации изменения биомассы, выживаемости, плодовитости, а также физиологических или биохимических показателей тест-объекта в испытуемой среде.

В настоящее время в мире используется большое разнообразие тест-объектов: от одноклеточных водорослей, мхов и лишайников, бактерий и простейших микроорганизмов до высших растений, рыб и теплокровных животных.

В России в органах государственного аналитического контроля за качеством воды дафниевый тест рекомендован в качестве основного для контроля токсичности сточных вод и перспективного для оценки уровня токсического загрязнения природных вод. Дафниевый тест обязателен при установлении ПДК отдельных веществ в воде рыбохозяйственных водоемов.

Выбор тест-объекта определен следующим: 1) этот род ветвистоусых рачков распространен повсеместно в пресных водоемах, является важной составной частью зоопланктона, служит источником пищи молоди рыб; 2) легко культивируется в лабораторных условиях - испытания загрязняющих веществ можно проводить в течении года; 3) определяющая особенность -это то, что по характеру питания они являются фильтраторами и прокачивают большие объемы воды, отфильтровывая в качестве пищи бактерий и микроводоросли, поэтому, если в воде присутствует токсикант даже маленькой концентрации из-за объема отфильтрованной воды чувствительность тест-объекта высокая.

Дафниевый метод биотестирования основан на определении изменений выживаемости и плодовитости дафний при воздействии токсических веществ, содержащихся в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Выделяют кратковременное биотестирование - до 96 час. Позволяет определить острое токсическое действие испытуемой воды на дафний по их выживаемости. Показателем выживаемости служит среднее количество особей, выживших в тестируемой воде или в контрольной за определенное время. Критерием токсичности является гибель 50% и более дафний за период времени до 96 час. в тестируемой воде по сравнению с контролем.

Длительное биотестирование - 20 и более суток - позволяет определить хроническое токсическое действие испытуемой воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее количество исходных самок-дафний, выживших в течение биотестирования, показателем плодовитости - среднее количество молоди, выметанной в течение биотестирования, в пересчете на одну выжившую исходную самку. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости или плодовитости дафний.

Выше было упомянуто о большом количестве тест-объектов, использующих в биотестировании и это неслучайно. Дело в том, что различные организмы по разному реагируют на загрязнители. И задача природоохранных органов правильно оценить ситуацию и выбрать более чувствительный тест-объект.

Пример. Результаты биотеетироваиия сточных вод завода,
синтезирущего биологические активные соединения гербицидного
направления, могут быть различными в зависимости от выбранного тест-
обьекта. Дафниевый тест может показать отсутствие токсического
воздействия, а культура водорослей может почувствовать токсикант.
Почему? Дело в том, что предполагаемый токсикант, синтезируемые
гербициды являются ингибиторами процессов фотосинтеза у растений и
водорослей. Поэтому дафнии могут в кратковременном опыте зафиксировать
отсутствие острого токсического воздействия, а водоросли в случае
нарушения работы фотосинтетической цепи оперативно отреагируют на
загрязненность.

Поэтому в системе контроля за качеством сточных вод также рекомендованы водоросли: хлорелла и сцепедесмус. Критерием токсичности при биотестирозании с использованием водорослей служит достоверное снижение количества клеток в испытуемой воде по сравнению с контролем.

С целью быстрого получения информации о качестве воды используются экспресс методы биотестирования.

В Москве разработан и выпускается мелкими.партиями прибор "Биотоке". Устройство Биотоке - это портативный биолюминометр,

позволяет с помощью биосенсора "Эколюм", светящиеся бактерии, производить быстрое и объективное определение индекса обшей токсичности водных образцов, включая металлы, препараты бытовой химии и т.д. Результаты токсичности пробы воды получают через 10 мин.

В Санкт-Петербурге выпускается прибор Биотестер. В качестве тест-объекта используют одноклеточные микроорганизмы - инфузории туфелька. Этот метод основан на хемотаксической реакции организмов в ответ на загрязнитель, т.е. движение культуры в благоприятную зону. Данная тест-реакция - хемотаксис, является очень чувствительной к токсикантам определенной группы.

В России биотестирование проводят аналитические лаборатории органов природоохраны для определения токсичности сточной воды (происходят ли патологические изменения или гибель организмов, обусловленные присутствием в ней токсических веществ) на сбросе в водный объект, воды в контрольном и других створах водопользования с целью проверки соответствия качества воды нормативным требованиям:

Сточная вода на сбросе в водный объект не должна оказывать острого токсического действия, а вода в контрольном и других створах водопользования - хронического токсического действия на тест-объекты.

В соответствии с "Методическим руководством по биотестированию воды РД 118-02-90", биотестирование является дополнительным экспериментальным приемом для проверки необходимости корректировки величин ПДС по интегральному показателю "токсичность воды", который позволяет учесть ряд существенных факторов: наличие в сточной воде токсических веществ, неучтенных при установлении ПДС, вновь образованных соединений, метаболитов, различные виды взаимодействия химических веществ. Необходимость корректировки величин ПДС возникает в том случае, если при биотестировании воды из контрольного створа водного объекта установлено несоответствие ее качества требуемому нормативу: вода в контрольном створе водного объекта не должна оказывать хронического токсического действия на тест-объекты (дафний и цероидафний).

Для оценки бактериального загрязнения используются санитарно-бактериологические и гидробиологические показатели.

Микронаселение природных вод чрезвычайно разнообразно. Его качественный и количественный состав определяется в первую очередь составом воды. Для глубоко залегающих, очень чистых артезианских вод характерно почти полное отсутствие бактерий вследствие защищенности водоносного слоя от контакта с лежащими выше горизонтами.

Особенностью состава воды открытых водоемов является изменение его по сезонам года: сопровождающееся изменениями в количестве и видовом разнообразии микронаселения. Бактериальная загрязненность поверхностных источников обусловлена, главным образом, поступлением в водоемы поверхностного стока, содержащего органические, минеральные вещества и микроорганизмы, смываемые с площади водосбора, и сточных вод.

С позиций санитарной микробиологии оценка качества воды проводится
с целью определения ее санитарно-эпидемиологической опасности или
безопасности для здоровья-человека. Вода играет важную роль в передаче
возбудителей многих инфекций; главным образом кишечных. Т.к. через воду
получают распространение брюшной тиф, дизентерия, холера,
инфекционный гепатит и т.д.

Прямое количественное определение возбудителей всех инфекций для контроля за качеством воды неосуществимо в связи с многообразием их видов и трудоемкостью анализа. В практической санитарной микробиологии поэтому прибегают к косвенным методам, позволяющим определить потенциальную возможность заражения воды патогенными микроорганизмами.

Санитарно-бактериологическая оценка качества воды основана на определении двух основных показателей; микробного числа и числа бактерий группы СоН.

Первый показатель даст представление об общей обсемененности воды аэробными сапрофитами, поэтому часто называется общим счетом аэробных сапрофитов или (кратко) общим счетом. Микробное число определяют методом посева на стандартную среду - мясопептонный агар (МПЛ).

Аэробные сапрофиты составляют только часть общего числа микробов в воде, но являются важным санитарным показателем качества воды, так как между степенью загрязнения ее органическими веществами и микробным числом существует прямая зависимость. Кроме того, полагают, что чем выше микробное число, тем больше вероятность присутствия в воде патогенных микроорганизмов. Микробное число водопроводной воды не должно превышать 100. В природных водах этот показатель изменяется в очень широких пределах для разных водоемов и по сезонам года для одного и того же водоема. В чистых водоемах число аэробных сапрофитов может исчисляться десятками или сотнями, а в загрязненных и грязных водоемах составлять десятки тысяч и миллионы.

По второму показателю - числу бактерий группы СоН (кишечная палочка) оценивают возможное присутствие в воде патогенных микроорганизмов.

Бактерии группы СоН относятся к семейству энтеробактерий. Это неспороносные палочки, факультативные анаэробы, сбраживающие лактозу и глюкозу при температуре 37°С с образованием кислоты и газа и не обладающие оксидазной активностью. Они являются постоянными сожителями кишечника человека и животных: постоянно и в большом числе выделяются во внешнюю среду; дольше, чем патогенные микроорганизмы, сохраняют жизнеспособность в этой среде; более устойчивы к хлору, чем возбудители большинства инфекций. Именно эти свойства бактерий группы СоИ обусловили возможность их использования в качестве санитарно-показательных микроорганизмов. Наличие коли-форм в воде говорит о ее фекальном загрязнении, а их число позволяет судить о степени этого загрязнения. Для количественного определения коли-форм применяют фуксин-сульфитный агар (среда Эндо).

Анализ водопроводной и чистой природной воды проводят после предварительного концентрирования воды на мембранных фильтрах.

Результаты выражают в виде коли-индекса - числа бактерий в 1 л воды.

Иногда делают пересчет, определяя коли-титр - наименьший объем воды (в мл), содержащий одну кишечную палочку. Коли-титр = 1000/коли-индекс.

Коли-индекс водопроводной воды должен быть не более 3. Допустимый коли-индекс воды источников водоснабжения зависит от предполагаемого способа очистки. Если намечается только хлорирование воды, то коли-индекс воды в источнике не должен превышать 1000 при полной очистке воды - 10000.

В особых условиях по санитарно-эпидемиологическим показателям прибегают к определению в воде - энтерококков, энтеровирусов сальмонелл и проводят исследования воды на патогенную микрофлору.

Поверхностные источники водоснабжения помимо санитарно-бактериологических тестов характеризуются также данными гидробиологических наблюдений. Микроскопированием пробы воды определяется число клеток фито- и зоопланктона. Эти показатели существенно изменяются по сезонам - как по количеству организмов, так и по их видовому разнообразию.

В весенне-летний период интенсивного развития водорослей (цветения водоема) содержание фитопланктона в поверхностных водах может достичь 50 тыс. клеток в 1 мл. Летом зоопланктон отличается большим разнообразием и представлен низшими ракообразными, коловратками, личинками моллюсков. В воде могут оказаться и бентосные организмы: черви, личинки насекомых. В зимний период в воде встречаются, в основном, низшие ракообразные. Число организмов зоопланктона обычно выражают числом экземпляров в 1 м3 воды. В воде источников встречаются также организмы, видимые невооруженным глазом. Их число оценивают числом экземпляров в 1 м3. Для рек средней полосы европейской части нашей страны концентрация зоопланктона составляет 100- 10000 экз. в 1 м воды. Обычно их в несколько раз меньше, чем организмов зоопланктона.

В питьевой воде планктонные организмы, так же как организмы видимые невооруженным глазом, должны отсутствовать.

Биотестирование ныне является основным приемом в разработке ПДК химических веществ в воде. При этом определяют такие параметры, характеризующие токсичность, как: ЛК50 (летальная концентрация для 50% тест-организмов), ЭК50 (эффективная концентрация для 50% тест-организмов), МНК (максимально недействующая концентрация), ОБУВ (ориентировочно безопасный уровень воздействия), ОТД (острое токсическое действие), ХТД (хроническое токсическое действие) и ЛВ50 (время гибели 50% тест - организмов).[ ...]

Биотестирование водоемов основано на том, что отдельные группы гидробионтов могут жить при определенной степени загрязнения водоема органическими веществами. Способность гидробионтов выживать в загрязненной органикой среде называется сапробностъю.[ ...]

Биотестирование проведено также с использованием клеточного тест-объекта - гранулированной спермы быка, т.е. путем анализа зависимости показателя подвижности суспензии сперматазоидов от времени и определения степени подавления их подвижности (сокращения среднего времени подвижности) под воздействием содержащихся в воде токсикантов, в соответствии с . Реализация метода осуществляется с применением автоматической аналитической системы, обеспечивающей сравнительную оценку показателя подвижности суспензии сперматозоидов в опытных пробах воды и в контрольных средах, определение процедур расчетов и выдачу результатов в виде соответствующих индексов токсичности. Оценка показателя подвижности осуществляется путем автоматического подсчета числа флуктуации интенсивности рассеянного излучения, вызванного прохождением клеток через оптический зонд.[ ...]

Биотестирование сточных вод, идущих на повторное использование, показало, что сточная вода в неочищенном виде подавляет прорастание семян и рост проростков на 22%, после очистных сооружений - на 12%, а разбавленная в соотношении 1:1 или 1:2 - на 9%. Контроль во всех случаях - отстоянная водопроводная вода.[ ...]

БИОТЕСТИРОВАНИЕ - оценка состояния окружающей среды по живым организмам. См. Биологические индикаторы. БИОТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СРЕДЫ (Б.т.с.) - изменение абиотических условий под влиянием жизнедеятельности организмов. В.И. Вернадский рассматривал живые организмы как геохимический фактор, который создал биосферу. Благодаря живым организмам в атмосфере появился кислород, сформировались почвы, образовались толщи осадочных пород на дне океанов. В результате Б.т.с. создаются запасы детрита в виде торфа и сапропеля.[ ...]

Для биотестирования используются самые различные организмы (водные растения, водоросли, ракообразные, моллюски и рыбы). Однако наиболее чувствительным к загрязняющим веществам различной природы является пресноводный рачок дафния магна.[ ...]

Под биотестированием понимают приемы исследования, с помощью которых о качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетании с другими, судят о выживаемости, состоянию и поведению специально помещенных в эту среду организмов - тест-обьектов. Рост особей, их продуктивность, выживаемость служат показателями для биотестирования качества среды. Для целей мониторинга природных и сточных вод предприятий оказались удобными фитопланктон и дафнии.[ ...]

Методы биотестирования основаны на оценке физиологического состояния и адаптационного стресса организмов, адаптированных к чистой среде и на время эксперимента помещенных в испытуемую среду. Эти методы также дают информацию об интегральном экологическом качестве среды. Цели прогноза обычно связаны с экстраполяцией результатов опытов на качество жизни человека и на изменения показателей биоразнообразия в экосистемах. Оценка среды по системе биотестирования и биоиндикации в каждой точке территории должна базироваться на анализе комплекса видов. Для наземных экосистем -это травянистые и древесные растения, беспозвоночные животные (например, моллюски и членистоногие) и позвоночные животные (земноводные, рептилии, птицы, млекопитающие). Оценка состояния каждого вида базируется на результатах использования системы методов: морфологических (например, регистрации признаков асимметрии внешнего строения), генетических (тесты на мутагенную активность), физиологических (тесты на интенсивность энергетического обмена), биохимических (оценка окислительного стресса у животных и фотосинтеза у растений), иммунологических (тесты на иммунную потенцию).[ ...]

Длительное биотестирование (3=20 сут.) позволяет определить хроническое токсическое действие воды на дафний по снижению их выживаемости и плодовитости. Показателем выживаемости служит среднее число исходных самок дафний, выживших в течение биотестирования, показателем плодовитости -среднее число молоди, выметанной в течение биотестирования, в пересчете на одну выжившую исходную самку. Критерием токсичности является достоверное отличие от контроля показателя выживаемости и плодовитости дафний.[ ...]

Субстрат для биотестирования собран в районе Среднеуральского медеплавильного завода (Свердловская обл., г. Ревда, Средний Урал, южная тайга). Главные ингредиенты выбросов - 802 и полиметаллическая пыль (в основном соединения Си, РЬ, Cd, 2п, Аь). Многолетнее загрязнение (начиная с 1940 г.) привело к значительному подкислению лесной подстилки и увеличению содержания в ней металлов (табл. 1). Закономерности техногенной трансформации лесных экосистем района исследований описаны ранее (Воробейчик и др., 1994).[ ...]

Таким образом, биотестирование воды представляет собой оценку качества воды по ответным реакциям водных организмов, которые являются в этих случаях тест - объектами (табл. 15.2).[ ...]

К достоинствам биотестирования можно отнести также возможность его использования с помощью портативных приборов при полевых исследованиях, а также простоту сбора и анализа проб. Так, с помощью этих методов по функциональному состоянию (поведению) тест - объектов (ракообразные - дафнии, водоросли - хлорелла, рыбы - гуппии и др.) можно оценивать качество вод и осуществлять ранжирование их по классам состояний. Таким образом появляется возможность использования этих вод для питьевых или иных целей. Наиболее информативные критерии оценки состояния поверхностных и сточных вод (по состоянию тест - объектов) приведены в табл. 42.[ ...]

Удачно дополняет метод биотестирования на дафниях биоте-стовый анализ с помощью простейших микроорганизмов - инфузорий-туфелек (Paramecium caudatum). Метод биотестового анализа водных проб основан на способности инфузорий избегать неблагоприятных и опасных для жизнедеятельности зон и активно перемещаться по градиентам концентраций химических веществ в благоприятные зоны. Метод позволяет оперативно определять острую токсичность водных проб и предназначен для контроля токсичности природных, сточных, питьевых вод, водных вытяжек из различных материалов и пищевых продуктов.[ ...]

Методические указания по биотестированию сточных вод с использованием рачка дафния магна. - М.: в/о Союзводпроект ОМПР и ВП, 1986. - 27 с.[ ...]

При использовании методов биотестирования оперируют рядом понятий и определений: под тест-объектом понимают живой организм, используемый в биотестировании; тест-реакция - изменение какого-либо показателя тест-объекта под воздействием токсичных веществ, содержащихся в воде; тест-параметр - количественное выражение тест-реакции; критерий токсичности -значение тест-параметра или правило, на основании которого делают вывод о токсичности воды.[ ...]

Особенно перспективными в биотестировании окружающей среды являются простейшие - инфузории. Их используют в экотоксикологическом тестировании вод и почв, в биотестировании химических веществ и материалов биологического происхождения.[ ...]

Методическое руководство по биотестированию включает методики определения токсичности с использованием в качестве тест-объектов дафний, водорослей и рыб. Помимо обязательных тестов (на дафниях) допускается использование других рекомендованных методов биотестирования.[ ...]

В табл. 21 представлены результаты биотестирования пяти рецептур антисептика, содержащего алкил бензил аммонийхлорид (¿)), тринатрийфосфат (к2), карбонат натрия (к3) и борную кислоту (¿4).[ ...]

Гудимов A.B., Петров B.C., Гудимова Е.Н. Биотестирование на донных беспозвоночных как средство предупреждения и минимизации загрязнения акваторий в районах разработки месторождений нефти и газа на шельфе Арктики// Морские и арктические нефтегазовые месторождения и экология. М.: ВНИИГАЗ, 1996.[ ...]

В качестве критерия токсичности речных вод использовали выживаемость тестируемых организмов.[ ...]

На практике для контроля токсичности воды наряду с известными методами биотестирования широко применяют биохимико-физиологи-ческие испытания, основанные на сравнении параметров, характеризующих нормальное поведение организма или биокультуры, с теми же параметрами, наблюдаемыми под воздействием загрязненной воды . Как правило, контролируемыми параметрами являются изменение концентрации органического кислорода, количество поглощенного кислорода или выделившегося углекислого газа и др. Все эти методики впервые стандартизуются сразу на международном уровне.[ ...]

Другой возможностью интегральной оценки уровня загрязнения атмосферы является биотестирование токсичности вод снежного покрова города, накопившего в себе за зимний период выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. Для этих целей нами разработаны и аттестованы оперативная методика и комплект аппаратуры для биотестирования вод по воздействию загрязнителей на рост водоросли хлореллы. Эта разработка позволяет одновременно оценивать токсичность многих проб талого снега, а также других природных и сточных вод. Проведенные исследования показали высокую эффективность данного методического подхода в определении загрязнения окружающей среды.[ ...]

На основе результатов экспериментальных исследований предлагается использовать биотестирование как метод прогнозной оценки загрязнения акваториальных вод при освоении морских нефтегазовых месторождений. Изложены преимущества рассматриваемого метода по сравнению с общепринятой системой мониторинга.[ ...]

Нами развиты, доработаны и адаптированы к производственным условиям экспресс-методы биотестирования водных объектов с помощью таких тест-организмов, как ракообразные -Daphnia magna Straus (cladocera, crustacea), далее для краткости -Daphnia magna, а также простейшие - Paramecium caudatum (рис. 3.4).[ ...]

Для оценки биологической значимости выявленных изменений структурных особенностей воды проводили ее биотестирование в соответствии с рекомендациями «Методы биотестирования вод» . Использовали гид-робионты различных трофических уровней (3-х систематических групп): простейшие - инфузории Tetrahimena pyriformis, беспозвоночные - пресноводный рачок Daphnia magna и рыбы-мальки гуппи Poecilia reticulata peters.[ ...]

В настоящее время наиболее информативным и достоверным методом оценки качества ОПС и поступающих в нее веществ является биотестирование. В бурении этим способом проводится оценка токсичности промывочных жидкостей и технологических отходов бурения. Следует отметить, что биотестирование буровых сточных вод (БСВ) выполняется корректно, по утвержденной методике для сточных вод. Однако для бурового шлама и буровых технологических жидкостей, по составу и свойствам существенно отличающихся от БСВ, научно обоснованной методики биотестирования, которая учитывала бы их специфику, нет. Поэтому условия проведения исследований, например, кратность разбавления исходного вещества, не унифицированы. Соответственно, результаты исследований разных авторов зачастую несопоставимы, а в ряде случаев их достоверность сомнительна. Так, при разбавлении промывочных жидкостей их дисперсная фаза выпадает в осадок и ее токсикологический эффект фактически не учитывается. Между тем используемая в составе БПЖ глина обладает высокой адсорбирующей способностью. Поэтому в водную среду попадает не исходная глина, использованная для приготовления промывочной жидкости, а модифицированная в процессе циркуляции через скважину. Кроме того, в БПЖ попадают глинистые частицы из выбуренной породы.[ ...]

К сожалению, при использовании приведенных оценочных шкал необходимо учитывать методический аспект. Известно, что результаты биотестирования очень зависят от методики определения. И даже малейшие отклонения, незаметные для неопытного экспериментатора, приводят к значительному искажению результата.[ ...]

На протяжении ряда последних лет сформировалось самостоятельное направление биологического контроля состояния среды путем биоиндикации и биотестирования [Захаров, 1993; Шуберт (ред.), 1988; Мелехова и др., 1988, 2000; Смуров, 2000].[ ...]

Одним из методов интегральной оценки качества воды, имеющей контакт с устройством очистки, для выявления возможного негативного влияния конструкционных материалов на качество питьевой воды является биотестирование с помощью гидробионтов различных трофических уровней.[ ...]

Организмы донной фауны являются не только удобными объектами для акваториального содержания, но и прекрасными мониторами хроничекого загрязнения. Анализ их физиологических и поведенческих реакций при биотестировании позволяет достоверно определить пороговые, переносимые и летальные нагрузки, вызываемые тем или иным видом загрязнения. Биотесгирование на Мурмане пока еще не получило должного развития, хотя насущность его очевидна, а результаты нельзя заменить мониторингом. Начавшиеся в нашем институте исследования по биотестированию буровых растворов и их компонентов показали его успешность, в частности, на таких объектах, как голотурия Cucumaria frondosa, гидроид Dynamena pumita, амфипода Gammarus oceanicus, двустворки - мидия (Mytilus edulis L.) и Modiolus (рис. 1-3). Эксперименты показали, что моллюски-фильтраторы, прекрасно адаптирующиеся к лабораторным условиям, сочетают в себе одновременно высокую общую резистентность при достаточной чувствительности отдельных физиологических и поведенческих реакций по отношению к различного рода загрязнениям. Кроме того, по поведенческим актам и росту мидий, например, можно осуществлять не только тестирование загрязнителей, но и проводить непрерывный контроль за качеством природных вод, особенно в прибрежье (губа Териберка, Кольский залив), - в местах выхода подводных трубопроводов и перетранспортировки газоконденсата, нефти и газа.[ ...]

Дафния магна - мелкое ракообразное, постоянный обитатель стоячих и слабопроточных водоемов. По способу питания - активный фильтратор, размер самок достигает 3 мм, самцы в 1,5-2 раза меньше. Дафнии используются для биотестирования водоемов.[ ...]

Разработанная методика позволит осуществлять анализ фактической экологической опасности веществ. При этом процедура анализа экологического риска нетоварных веществ будет основана на сопоставлении измеренного показателя биотестирования со шкалой уровня техногенного воздействия. Таким образом, вместо утверждаемых в настоящее время эколого-рыбохозяйственных нормативов для всех используемых нетоварных веществ необходимо утвердить только методику биотестирования и несколько шкал уровня техногенного воздействия на окружающую природную среду.[ ...]

Во Франции оценка качества водной среды по токсикологическим показателям является обязательной в “Системе контроля качества пресных вод”. Производственный токсикологический контроль сточных вод проводят более чем на 150 предприятиях. Для биотестирования применяют стандартный набор биотестов на острую токсичность с использованием бактерий, водорослей, дафний и рыб.[ ...]

При обсуждении результатов биотестового анализа водных объектов возникает вопрос о критерии токсичности, т.е. о выборе значений индекса токсичности, при которых вода оказывает или не оказывает токсическое воздействие на живые организмы. Методы биотестирования апробированы нами на модельных растворах с известным содержанием токсичных веществ и реальных водных объектах .[ ...]

Величины ДФ или АФ/Фт, полученные при построении световых кривых, характеризуют удельную фотосинтетическую и общую физиологическую активность водорослей и могут использоваться в качестве самостоятельного показателя их состояния, в частности при биоиндикации и биотестирования качества воды.[ ...]

Современное загрязнение почти всегда подразумевает наличие в окружающей среде целого комплекса факторов, совместное действие которых может приводить к неожиданным эффектам. Так, специалисты в области экотоксикологии отмечают факты несогласованности результатов биотестирования (токсичность) и химического анализа («благополучные» данные). В качестве одной из возможных причин могут быть комбинированные эффекты. В частности, было обнаружено, что накопление в почве мышьяка приводит к возникновению специфических микробных сообществ. Химическое загрязнение стимулирует развитие фитопатогенных микроорганизмов. Например, при повышенной концентрации мышьяка формируются фузариозно-нематодные комплексы, представляющие двойную опасность для высших растений (Вараксина и др., 2004).[ ...]

При создании новых рецептур многокомпонентных антисептиков на основе явления синергизма главной задачей является подбор оптимального соотношения составных ингредиентов. Рецептуры антисептиков с улучшенными эксплуатационными и экологическими свойствами создают на основе биотестирования по методике "Лаборатории защиты древесины ЦНИИМОД" , описанной выше (1).[ ...]

Под биотестом понимают оценку (испытание) в строго определенных условиях действия вещества или комплекса веществ на водные организмы путем регистрации изменений того или иного биологического (или физиолого-биохимического) показателя исследуемого объекта, сравниваемого с контрольным. Подопытные организмы именуются тест-объектами (тест-организмами), а процесс проведения испытаний-биотестированием .[ ...]

Весьма информативными при экологических оценках водных экосистем являются характеристики состояния и развития всех экологических групп водного сообщества. При выделении зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия используются показатели по бактериопланкто-ну, фитопланктону, зоопланктону и ихтиофауне. Определение степени токсичности вод проводится также на основе биотестирования преимущественно на низших ракообразных. При этом уровень токсичности водной массы должен определяться на всех основных фазах гидрологического цикла. Параметры предложенных показателей должны наблюдаться на данной территории постоянно на протяжении достаточно длительного времени с минимальным периодом не менее 3 лет.[ ...]

Приводятся данные по изменению физико-химических свойств буровых растворов в забойных условиях. Показано, что прогнозирование токсичности отходов бурения при бурении скважин становится невозможным. На примере многочисленных экологических исследований отходов бурения установлено, что наиболее уязвимым звеном экосистемы рыбохозяйственного водоема являются дафнии. В связи с этим обосновывается целесообразность применения метода биотестирования буровых растворов на стадии разработки и отходов бурения в процессе строительства скважин.[ ...]

Между тем многие из перечисленных трудностей удается преодолеть, если в традиционную схему экологического контроля ввести методы биомониторинга. Эти методы основаны на регистрации суммарного токсического действия на специальные тест-организмы сразу всех или многих из компонентов загрязнения и, таким образом, позволяют быстро и с минимальными затратами оценить, является ли анализируемая проба загрязненной или нет. После достаточно масштабной, но малозатратной процедуры биотестирования дорогостоящему химическому анализу подвергаются лишь те образцы, которые вызывают сомнения относительно их экологической безопасности. Биоиндикационный анализ качества среды, основанный на определении состояния организмов, живущих на обследуемой территории, позволяет оценить воздействие на них всех загрязнителей в течение длительного времени, что дает возможность получить интегральный показатель уровня загрязнения среды. К сожалению, из-за недостаточной научно-методической, технической и нормативно-правовой проработки биологические методы пока лишь ограниченно используются в системе экологического мониторинга.[ ...]

Индикационные критерии оценки. В последние годы б ио индикация получила достаточно широкое распространение при оценках качества поверхностных вод. Она по функциональному состоянию (поведению) тест-объектов (ракообразные - дафнии, водоросли - хлорелла, рыбы - гуппи) позволяет ранжировать воды по классам состояний (нормы, риска, кризиса, бедствия) и, по существу, дает интегральную оценку их качества и определяет возможность использования воды для питьевых целей. Лимитирующим фактором использования метода биотестирования является продолжительный срок проведения анализа (не менее 96 ч) и отсутствие информации о химическом составе воды. Пример использования биотестов для определения качества воды приводится в табл. 21.[ ...]

В качестве биотеста можно использовать одинаковые проростки гороха, фасоли, которые отбирают из партии после их прорастания. У горошин срезают половинки обеих семядолей, чтобы у них было ровное ложе. Фильтровальную бумагу, лежащую на дне химического стакана емкостью 200-250 мл смачивают 5 мл опытного раствора, на дно помещают по 5 подготовленных горошин, закрывают крышкой от чашки Петри. После того, как горошины вырастут на высоту 5-7 см и более (до крышки стакана), производят их измерение. Контроль - горошины на дистиллированной воде. Подсчет проводится так же, как и при биотестировании по прорастанию семян.[ ...]

В целях определения экологического состояния водоемов используют результаты гидробиологических наблюдений, которые дают наиболее полную информацию. Биоиндикация загрязнения водоемов включает большой набор показателей, охватывающих основные трофические уровни водной экосистемы: фитопланктон, зоопланктон, бентос и другие. При этом суммирующими (интегральными) показателями, которые способны охарактеризовать общий уровень загрязнения вод всем комплексом токсичных веществ и, следовательно, опасность водной среды для гидробионтов, являются битестовые (токсикологические) показатели. Соответствующий токсикологический анализ проводится с помощью приемов и методов биотестирования токсичности.[ ...]

К этой же группе методов следует отнести мониторинг - периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды. Большое практическое значение имеет регистрация состава и количества вредных примесей в воде, воздухе, почве, растениях в зонах антропогенного загрязнения, а также исследования переноса загрязнителей в разных средах. В настоящее время техника экологического мониторинга быстро развивается, используя новейшие методы физико-химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных. Важным средством экологического мониторинга, позволяющим получить интегральную оценку качества среды, являются биоиндикация и биотестирование - использование для контроля состояния среды некоторых организмов, особо чувствительных к изменениям среды и к появлению в ней вредных примесей.[ ...]

Оценена пространственная вариабельность (в пределах участка 100x100 м) загрязненности лесной подстилки тяжелыми металлами (Си, Сё, РЬ, 2п), ее кислотности и фитотоксичности (по корневому тесту на проростках из генетически однородной выборки одуванчика лекарственного). Подстилка собрана в трех зонах с разным уровнем токсической нагрузки на территории, подверженной многолетнему полиметаллическому загрязнению выбросами медеплавильного завода на Среднем Урале. Разброс фитотоксичности максимален на участке со средним уровнем загрязнения, где отмечены как очень высокие, так и очень низкие значения, что приводит к возникновению существенной нелинейности в дозовой зависимости. Фитотоксичность подстилки в первую очередь определяют обменные формы металлов. Обнаружен резко выраженный антагонизм между тяжелыми металлами и кислотностью при биотестировании образцов с максимально загрязненного участка.[ ...]

В связи с этим представляют интерес результаты исследований по ряду ключевых вопросов безопасного обращения с веществами и материалами в бурении. В общем случае используемые и образующиеся в бурении вещества можно разделить на две категории - товарные (промышленная продукция) и нетоварные (буровые технологические жидкости и технологические отходы бурения и испытания скважины). Принципиальные отличия между этими категориями веществ являются веским основанием для того, чтобы по-разному подходить к оценке их экологичности. Однако в нормативных документах федерального уровня эта специфика не учитывается и предусматривается единый подход к оценке экологической опасности веществ путем определения значения их предельно допустимой концентрации в компонентах окружающей природной среды. Применительно к нетоварным веществам целесообразно перейти от нормирования содержания вещества в окружающей среде к нормированию его воздействия. Эта задача может быть решена путем комплексного биотестирования нетоварных веществ. В целях отработки методики таких исследований проведено изучение отработанного бурового раствора и шлама с использованием различных тест-объектов, результаты которого изложены в настоящем обзоре.