Биотестирование с помощью рыб дафний. Биотестирование как интегральный метод оценки качества воды. Высокая чувствительность и одновременно резистентность ампулярий к токсическим воздействиям

При оценке экологической ситуации необходимо учитывать токсичность как анализируемых групп загрязняющих веществ, так и продуктов их метаболизма. Некоторые поллютанты в природной среде под воздействием ультрафиолетового излучения, при смене кислотно-щелочных условий и т. п. могут образовывать вещества более токсичные по сравнению с исходными. Кроме того, часто за рамками аналитических исследований, в силу научно-методических сложностей изучения, остается комбинированный эффект загрязняющих веществ, проявляющийся в аддитивности, потенцировании и ингибировании действия. В связи с этим в дополнение к обычным методам химико-аналитического контроля, применяемым для решения задач определения источников загрязнения, оценки качества состояния окружающей среды или экологического мониторинга, эффективно использование методов биотестиро- вания.

Биотестированием называется метод определения степени токсического воздействия физических, химических и биологических факторов среды, потенциально опасных для живых организмов данной экосистемы. Биотестироваиие осуществляется экспериментально в лабораторных или в естественных условиях путем регистрации изменения биологически значимых показателей исследуемых природных или природно-техногенных объектов с последующей оценкой их состояния в соответствии с выбранными критериями токсичности. По сути, биотестирование - это определение токсичности пробы (воды, почвы, донных осадков и т. д.) для данной культуры организмов в экспериментальных условиях.

Тест-объектами (организмами) могут быть бактерии, дрожжи, простейшие, водоросли, пиявки, моллюски, рыбы и т. д. Кроме того, наравне с целостными организмами в качестве тест-объектов выступают отдельные органы, ткани или клетки. Биотест ставится па определение общей токсичности, па мутагенность и канцероген- ность. В первом случае фиксируются показатели гибели организмов, морфологические нарушения, морфофункциональные изменения и отклонения в их поведении и двигательной активности. Изучение мутагенности и каицерогеииости проводится посредством кратковременных тестов по фиксации хромосомных повреждений, генных мутаций и повреждений ДНК с оценкой опасности вещества. Метод биотестирования иногда рассматривается в качестве альтернативы системе предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в различных компонентах окружающей среды, что, по мнению ряда исследователей (Опекунов, 2014), по своей научно-методической сути является мало обоснованным.

Воздействие па тест-объект может осуществляться посредством имитации всех возможных путей поступления вредного вещества в организм. Основными тестируемыми средами являются вода, реже атмосферный воздух. Возможно также изучение опосредованного воздействия на тест-объект твердых компонентов окружающей среды: почв, дойных осадков, грунтов. В этом случае используют поровые воды этих сред или водные вытяжки из них, получаемые с использованием общепринятых методик. Кроме того, биотесты могут проводиться в фазе взвешенных частиц. Однако основным объектом применения методов биотестироваиия являются все же сточные и природные воды.

В последние годы методы биотестироваиия стали активно применяться при оценке качества морской среды. В первую очередь это связано с масштабным освоением нефтеуглеводородных ресурсов континентального шельфа и материкового склона Мирового океана. Тесты направлены па оценку качества морской среды, а также токсичности промышленных и буровых вод и буровых шламов. При этом наиболее сложной проблемой тестирования морской среды остается выбор тест-объектов, которые в уже сложившейся практике биологического контроля представлены в основном пресноводными формами организмов. Поэтому в настоящий период при проведении биотестироваиия морской среды предпочтение отдается видам, естественно обитающим па данных акваториях.

В основе методики биотестироваиия лежит сравнение тестируемых образцов с контрольными пробами в течение определенного времени. При этом могут проводиться экспериментальное биотестироваиие (до нескольких часов), оценка острого токсического воздействия (в течение 1-3 суток экспозиции), хронического токсического воздействия (через 7-10 суток экспозиции), а также прогноз отдаленных последствий (через 2-3 педели экспозиции). Всего к настоящему времени разработано более 50 стандартов.

Наиболее часто используемым тест-объектом является рачок Daphnia тадпа , который применяется при контроле токсичности сточных вод и выявлении источников загрязнения. Широкую апробацию получили тесты на поведенческие и физиологические реакции рыб (метод рыбной пробы), в частности на реакцию ухода рыбы из опасной зоны. В качестве показателей токсичности среды используются также изменения двигательной функции пиявок, реакции закрытия створок моллюсков, скорости потребления кислорода голотурией и др.

Для определения токсичности природных пресных вод и дойных отложений, сточных вод и отработанных буровых растворов МПР РФ (2002) рекомендовано применение методик биотестирования по снижению уровня биолюминесценции бактерий Photobacterium phosphoreum , уменьшению прироста количества инфузорий Tetrahymena pyriformis , угнетению роста пресноводных водорослей Scenedesmus quadricauda, гибели ракообразных Daphnia тадпа и Ceriodaphnia affinis, выживаемости и плодовитости ракообразных Ceriodaphnia affinis, гибели рыб гуппи Poecillia reticulata.

Оценку токсичности морских вод и донных отложений, сточных вод разной степени солености и отработанных буровых растворов, сбрасываемых в морские воды, МПР РФ рекомендуется проводить с помощью методик биотестироваиия по угнетению роста одноклеточных морских водорослей Phaeodactilum tricomutum , гибели ракообразных Artemia salina и рыб Poecillia reticulata, снижению уровня биолюминесценции бактерий Photobacterium phosphoreum.

Анализ флуоресценции водорослей и высших растений используется в целом ряде биологических тест-систем, применяемых в экотоксикологии. По интенсивности флуоресценции, возбуждаемой постоянным светом, можно определить в морской воде концентрацию хлорофилла при низких ее значениях (до 0,05 мг/м 3 хлорофилла а). Изменения флуоресценции при варьировании интенсивности возбуждения могут служить показателем фотосиптетической активности и физиологического состояния фотосинтезирующих организмов. Методика измерений обилия и индикации изменения состояния фитопланктона в природных водах флуоресцентным методом (ФР.1.39.2011.11246, ПНДФ 14.2.268-2012) допущена для целей государственного экологического контроля по разделу «Количественный химический анализ вод» (Котелевцев и др., 2012). В целом метод позволяет дать интегральную оценку качества природной воды, поскольку изменение фотосинтетической активности может быть вызвано и ее загрязнением, и неблагоприятными факторами среды, такими как высокая температура и соленость, недостаток элементов минерального питания и др. (Мелехова, 2007; Кузнецова и др., 2011). В современной практике широко используются стандартизированные методы биотестирования токсичности проб поверхностных пресных, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных вытяжек из почвы, осадков сточных вод и отходов на пресноводных зеленых микроводорослях рода Chlorella и Scenedesmus , культивируемых по общепринятой методике. Основными показателями токсического действия служат рост и выживаемость культуры, изменение уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей (К). С. Григорьев // ПНД Ф Т 14,1:2:4,10-04, М.2004 ФР. 1.39.2007.03223; Н.С.Жмур, Т. Л. Орлова // ФР.1.39.2007.03223/2007 и др.). В последнее время появились работы по биотестированию влияния наиочастиц на экосистемы (рис. 26). Перспективными объектами для тестирования наноматери- алов считаются водоросли, в которых в качестве биосеисоров токсикологического воздействия исследовались ингибирование роста, изменение морфологии клеток и флуоресценция (Котелевцев и др., 2012). Так, например, обнаружено влияние наиочастиц серебра, иаиотрубок, ианоалмазов и наиокомпозитов на флуоресценцию водорослей Chlorella vulgaris и Chlamydomonas reinhardtii (Маторин и др., 2009).

Для комплексного экологического мониторинга изменения морской среды в районах разработки морских нефтегазовых месторождений С. А. Патин (1997) предлагает использовать тест-реакции бактерий, простейших Stylonichia mytilis, Tintinnop-

Рис. 26.

sis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera , одноклеточных водорослей Coscinodis- cus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella , макрофитов , зоопланктона Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina , рыб Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus ma- ximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts и макробентоса и др. (табл. 10).

Для определения токсичности техногенно загрязненных почв широко применяются измерение всхожести семян и длины корней проростков высших растений (РД 52.18.344-93, ИСО 11269 и др.). В частности, с этой целью изучаются семена овса Ovena sativa (Методика СПб НИЦЭБ РАН, ФР. 1.39.2006.02264), редиса Raphanus sativus (Нечаева и др., 2010; Воронина, 2013), кресс-салата Lepidium sativum (Ерем- ченко, 2013; Зейферт и др., 2013; Майстренко и др., 2013), гороха Pisum sativum (Крятов и др., 2013), горчицы Brassica juncea L. (Лисовицкая, 2013), сосны обыкновенной Pinus sylvestris (Фрейберг и др., 2002; Стеценко, 2004) и др.

Для оценки устойчивости растений к повышенному содержанию в среде ТМ в лаборатории экологии растительных сообществ Ботанического института АН СССР была разработана модификация метода корневого теста (Алексеева-Попова, 1985, 1991). Благодаря простоте и оперативности (экспрессиости), достаточно высокой чувствительности он является наиболее широко применяемым в вегетационных опытах. Это экспресс-метод определения устойчивости объектов на проростках в течеТаблица 10. Рекомендуемые группы и виды морских организмов и их тест-реакции для использования при биотестировании в системах комплексного экологического

мониторинга (Патин, 1997)

ние 2-3 недель: состав контрольного раствора позволяет выращивать растения разных таксонов и опробовать большой диапазон концентраций металлов. В условиях одного опыта возможна оценка специфичности действия отдельных металлов, а также сравнение устойчивости разных видов и популяций одного вида к определенному металлу. Под воздействием токсичных концентраций ТМ наблюдается ингибирование ростовых процессов. Снижение прироста корней коррелирует с концентрацией металлов, причем реакция корней ярко проявляется даже при незначительном увеличении дозы металла. С помощью метода корневого теста установлены меж- и внутривидовые различия устойчивости к Си, Ni, Mn, Zn, Pb и Сс1 растений различных систематических таксонов (злаков сем. Роасеае - пшеницы, овса, ячменя; двудольных -сем. бобовых Fabaceae, сем. крестоцветных Brassicaceae , сем. сложноцветных Asteraceae , сем. губоцветных Lamiaceae и др.). Результаты проведенных лабораторных исследований позволяют рекомендовать метод корневого теста для выделения металлоустойчивых популяций видов, пригодных для выращивания па сельхозугодьях в загрязненных условиях, а также для рекультивации нарушенных земель.

Биотестирование является значительно более оперативным способом оценки качества вод по сравнению с традиционными подходами к контролю состояния окружающей среды. Этот способ менее дорогостоящ, а методы его проведения и результаты более доступны для понимания неспециалистом. Методы биотестироваиия постоянно совершенствуются, предлагаются новые подходы и аппаратура для проведения экспериментов, проводится их аттестация и патентование (Григорьев, Шашкова, 2006; Жмур, 2007; Жмур, Орлова, 2007; Маячкина, Чугунова, 2009; Мальцева, Охапкина, 2010; Григорьев, Тютькова, 2011; Бардина и др., 2013; Григорьев, 2013 и др.).

В настоящее время как в России, так и за рубежом интенсивно развиваются исследования по созданию средств автоматического контроля загрязнения акваторий в режиме реального времени. Наиболее перспективными в этом отношении считаются методы, основанные на измерениях реакций физиологических и поведенческих биомаркеров (Куриленко, 2004; Кармазинов и др., 2007; Холодкевич и др., 2006, 2011 и др.). Чаще всего используются методы регистрации кардиоактивности бентосных беспозвоночных с жестким наружным покровом, например раков, крабов, моллюсков. В каждой конкретной акватории в качестве «вида-мишени» могут выступать различные представители бентосных сообществ. Так, например, в настоящее время на всех водозаборах водопроводных станций Санкт-Петербурга применяется разработанная в СПб НИЦЭБ РАН установка биологического мониторинга качества воды, осуществляющая в реальном времени определение токсичности воды, поступающей из реки Невы. В качестве биомаркеров используются частота сердечных сокращений и стресс-индекс - одна из важнейших характеристик вариационной пульсометрии. Непрерывность и бесперебойность измерений этих физиологических параметров обеспечивается с помощью специальных проточных аквариумных систем, содержащих по три пары речных раков Pontastacus leptodactylus Esch.

В целом при оценке уровня токсичности среды метод биотестироваиия, как дополняющий химико-аналитический комплекс, обладает рядом несомненных достоинств:

• 1) тест-объект, как правило, реагирует на относительно слабые антропогенные нагрузки вследствие эффекта кумуляции дозы вредного воздействия;
• 2) в тесте суммируется действие всех без исключения биологически вредных антропогенных факторов, включая физические и химические воздействия;
• 3) по результатам тестов достаточно надежно вскрываются тенденции изменения ситуации в окружающей среде.

Однако выявлен и целый ряд трудностей применения обсуждаемого метода. Существенной проблемой использования простейших организмов является их несопоставимость с многоклеточными, реакция которых па те же самые изменения в водной среде может быть отличной. Так, например, для инфузории реакция на ТМ отмечается уже при концентрациях па несколько порядков ниже ПДК в воде. В отношении биогенных соединений всё наоборот: реакция проявляется при концентрациях, па несколько порядков превышающих ПДК. Кроме того, недостатками метода являются низкая надежность, сложность трактовки результатов и их переноса с одного вида на другой, отсутствие разработанных оценочных шкал. Все это сильно осложняет процесс стандартизации метода, без чего сам механизм государственного тестового контроля отладить практически невозможно.

Во избежание хотя бы части перечисленных трудностей в последние годы специалистами предлагаются новые научно-методические подходы к выбору тест-организмов на основе эволюционных, физиологических, психо-поведенческих и других особенностей (Зайцева, Ковалев, 1994). Суть этих предложений заключается в учете основных особенностей адаптационных процессов и данных о чувствительности и резистентности тест-организмов, во введении в практику биотестировапия элементов отологического анализа, а также в правильности определения сроков тестирования. По перечисленным критериям наиболее подходящими являются беспозвоночные гидробиоиты (ракообразные и брюхоногие моллюски), обладающие достаточно высоким уровнем организации. Применительно к тестированию дойных осадков в качестве тест-объектов рекомендуются донные беспозвоночные (Гудимов, Гудимова, 2002). Обосновывается целесообразность одновременного с общей оценкой токсичности вод проведения тестов па загрязняющие вещества. В этом случае может быть использована способность некоторых организмов реагировать па конкретные поллютанты. Серьезные усилия необходимо приложить к разработке единых шкал биологической оценки токсичности сред.

Кроме того, при проведении биотестирования твердых компонентов необходимо учитывать несколько аспектов. Во-первых, результаты определения токсичности почв и водных вытяжек из них методом биотестирования в некоторых случаях могут существенно различаться (Бакина и др., 2004; Маячкина, Чугунова, 2009). Например, токсичность почв, определяемая методом проращивания семян высших растений непосредственно в почве, выше, чем токсичность водных вытяжек из этих же почв, определяемая па традиционных для водной токсикологии тест-объектах. Разница результатов особенно велика при загрязнении почв токсикантами, малорастворимыми в воде, например пефтыо или продуктами гидролиза иприта. Во-вторых, при определении степени токсичности почв методами биотестирования большое значение имеет чувствительность подопытных организмов к токсикантам. Наиболее корректный результат достигается при использовании нескольких тест-объектов из разных систематических групп. В нормативных документах рекомендовано использовать как минимум два тест-оргаиизма. В научной литературе опубликованы разработки по созданию тест-системы, состоящей из трех-четырех представителей животного и растительного мира. Так, например, в качестве тест-организмов могут быть задействованы представители трех трофических уровней: продуцентов - Triticum vulgare L коисумеитов - Daphnia magna Straus, Paramecium caudatum ; редуцентов - почвенные микроорганизмы (Бардина и др., 2013; Капелькииа и др., 2013). Показательны проведение биотестирования, например, с аквариумными рыбками гуппи, моллюсками и рачками дафнии или применение системы Paramecium caudatum - Chlorella vulgaris - Escherichia coli. При этом используются следующие критерии: в случае гибели 50% особей одного организма вода оценивается как слабо токсичная, в случае гибели 50% особей всех испытуемых видов - как сильно токсичная.

Верификация комплекса биоиидикациоииых методов для оценки состояния окружающей среды может проводиться как в лаборатории в условиях контролируемого эксперимента, так и с помощью различных статистических приемов оценки достоверности взаимосвязи индикатора с объектом индикации. К их числу относятся регрессионный, факторный и кластерный анализы. Выбор метода зависит от конкретных задач и масштабов индикационной оценки территории.

Таким образом, в настоящее время разработано и широко используется в практике экологического мониторинга большое количество методов и приемов биоииди- кации. Фитоиндикационный метод позволяет оценить комплексное антропогенное воздействие и его экологические последствия в естественных природных и техно- генно нарушенных ландшафтах. Он незаменим при выполнении изысканий в труднодоступных районах и там, где отсутствуют посты мониторинговых наблюдений. В зависимости от интенсивности антропогенной нагрузки комплекс методов фитоиндикации изменяется. Физиологические и биохимические признаки индикаторных видов позволяют установить нарушения на ранних стадиях антропогенного воздействия па экосистемы. Морфологический анализ и использование тест-объектов рекомендуются во всех типах экосистем для получения оценки комплексного антропогенного воздействия. Применение тест-объектов в условиях опыта позволяет установить количественные связи в системе «доза -эффект». Для экспресс-оценки экологического состояния индустриальных регионов с разной степенью нарушенное™ перспективно применение различных фитоиидикациоиных методов. Флористический и фитоцеиотический методы могут быть использованы в районах природных геохимических аномалий и в слабоиарушениых природных экосистемах. Морфологический анализ и применение тест-объектов рекомендуются во всех типах экосистем для получения качественной оценки комплексного антропогенного воздействия. Для количественной характеристики и идентификации источника загрязнения в комплекс методов должен входить анализ содержания поллютантов.

В слабоиарушениых природных экосистемах под влиянием локальных источников загрязнения фитоиидикация направлена на контроль за одним или несколькими основными факторами антропогенного воздействия. В зависимости от характера источника загрязнения система рекомендуемых методов фитоиидикации будет меняться. Поскольку в этих условиях доминирует природный режим функционирования экосистем, то, к примеру, при контроле эмиссионных выбросов в атмосферу эффективны лихеноиндикация, дендроиндикация, сравнительный анализ биопродук- тивности естественных и нарушенных земель, контроль за изменением химического состава компонентов экосистем. Изучение эпифитного лишайникового покрова может быть рекомендовано для внедрения в практику мониторинговых работ, так как методика предусматривает возможность учета как всего видового разнообразия и обилия лишайников, так и суммарного проективного покрытия эпифитного покрова в целом. Последнее не требует глубоких знаний лихенологии и может использоваться широким кругом специалистов.

При деструктивных антропогенных изменениях ландшафтов, включающих де- форестизацию, мелиорацию земель, рекреационную и пастбищную дигрессию и т. д., наибольший эффект дает флористический подход (изменение видового состава фитоценозов, появление или исчезновение индикаторных видов) в сочетании с анализом изменения биопродуктивиости. Состояние фитоцеиозов можно оценивать традиционными способами учета биомассы методами укосов и транссект, по высоте травостоя или индикаторных видов растений и по ежегодному линейному и радиальному приросту деревьев. Изменение химического состава растений в этом случае менее специфично и не является обязательным.

В экосистемах в районах техногенных аномалий трансформация ПТК настолько велика, что в этих условиях невозможно использование фитоценотических и лихе- ноиндикациониых приемов. Для оценки пространственной дифференциации местности по степени загрязнения необходим выбор одного-двух (взаимозамеияюгцих) индикаторных видов, повсеместно распространенных па территории исследований. Антропогенное воздействие, сопровождающееся загрязнением компонентов экосистем, приводит наряду с изменением химического состава растений к угнетению жизненных функций и всевозможным нарушениям в ходе физиологических процессов, и прежде всего в фотосинтетической деятельности. Чувствительным показателем является соотношение содержаний хлорофиллов а и 6, однако такие исследования требуют достаточно хорошо оснащенной лаборатории и определенной подготовки специалистов. При проведении крупномасштабных мониторинговых работ удобнее использовать боиитировочиые шкалы хлорозов и некрозов листьев, а также возраста хвои отдельно стоящих деревьев или кустарников. Изучение изменчивости спектральных отражательных свойств фотосинтезирующих органов перспективно для экспресс-оценки антропогенных воздействий.

Особое значение имеет выбор биоиидикациоииых методов оценки урбанизированных территорий - урбоэкосистем. Наибольшая напряженность экологической обстановки наблюдается в крупных индустриальных городских агломерациях. Растения, как главные аккумуляторы токсических соединений, в городской среде играют важную роль в ее оздоровлении, испытывая при этом воздействие загрязняющих веществ, угнетающих их жизнедеятельность. Накопление поллютантов в растениях отражает уровень атмосферного и почвенного загрязнения урбоэкосистем. Использование фитоиидикаторов позволяет установить временную динамику загрязнения, дифференцировать основные его источники и определить их вклад в суммарное загрязнение. При изучении крупных городов одной из серьезных проблем является выбор эталонов сравнения. Частично эта проблема решается благодаря использованию тест-объектов. Тестирование среды успешно применяется как для оценки загрязнения городской среды, так и для экологического картографирования отдельных промышленных районов города. Наиболее эффективно в этом отношении брио- и лихеноиндикационное тестирование среды. Изучение состояния самого растения - угнетения жизненных функций, хлороза и некроза, морфологической изменчивости - лежит в основе экспресс-методов оценки загрязнения городской среды. Характер адаптации растений к техногенным нагрузкам во многом аналогичен адаптационной стратегии растений природных геохимических аномалий. Поэтому перспективны изучение и сравнительный анализ природных и техногенных популяций растений, устойчивых к высоким концентрациям металлов.

Таким образом, подводя итог вышесказанному, нужно подчеркнуть, что к числу преимуществ биоиидикации перед инструментальными методами следует отнести ее относительно низкую стоимость, высокую скорость получения информации и возможность характеризовать состояние среды за длительный промежуток времени. Применение биоиидикациоииых методов в сочетании с компьютерными технологиями и экспертной оценкой дает возможность сделать прогноз изменения экосистем при нарастании антропогенной нагрузки, сформулировать рекомендации по оптимальному режиму природопользования, оценить степень экологического риска антропогенного загрязнения.

Для решения ряда прикладных задач природопользования необходимы экспресс- методы экологической оценки состояния среды. К ним относятся прежде всего морфологический, флористический и фитоценотический методы. Преимущество их обусловлено относительной простотой натурных исследований и сбора информации, а также возможностью определения суммарного воздействия всего комплекса факторов в конкретных условиях.

Биоиидикация позволяет оценить комплексное антропогенное воздействие как на природные объекты, так и на территории урбо- и агроландшафтов. При этом можно использовать два подхода в оценке реакций организмов на воздействие окружающей среды. Первый предусматривает изучение реакций видов и их сообществ, распространенных на исследуемой территории, второй - изучение реакций растительных тест-объектов, искусственно размещенных на дайной территории.

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).

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.

Задачи и приемы биотестирования качества среды

В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с хи­мико-аналитическими методами находят применение приемы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергаю­щихся воздействию загрязненной среды, а также их органов, тка­ней и клеток. Их применение вызвано технической усложненно­стью и ограниченностью информации, которую могут предоста­вить химические методы. Кроме того, гидрохимические и хими­ко-аналитические методы могут оказаться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым тех­ническими средствами.

Как было показано, биоиндикация предусматривает вы­явление уже состоявшегося или накапливающегося загрязнения по индикаторным видам живых организмов и экологическим ха­рактеристикам сообществ организмов. Пристальное внимание в настоящее время уделяется приемам биотестирования, т.е. исполь­зования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве средства выявления суммарной токсичности среды. Био­тестирование представляет собой методический прием, основан­ный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсиче­ского, на организм, его отдельную функцию или систему органов и тканей.

Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест реакции - того параметра организма, который измеряется при тестировании.

Наиболее информативны интегральные параметры, характе­ризующие общее состояние живой системы соответствующего уровня. Для отдельных организмов к интегральным параметрам обычно относят характеристики выживаемости, роста, плодови­тости, тогда как физиологические, биохимические, гистологи­ческие и прочие параметры относят к частным. Для популяций интегральными параметрами являются численность и биомасса, а для экосистем - характеристики видового состава, активнос­ти продукции и деструкции органического вещества.

С увеличением интегральности тест - реакции повышается «эко­логический реализм» теста, но обычно снижаются его оператив­ность и чувствительность. Функциональные параметры оказыва­ются более лабильными, чем структурные, а параметры клеточ­ного и молекулярного уровней проигрывают в отношении эколо­гической информативности, но выигрывают в отношении чув­ствительности, оперативности и воспроизводимости.

Суть методологии биотестирования

Предлагаемая система биомониторинга представляет собой ком­плекс различных подходов для оценки состояния разных организ­мов, находящихся под воздействием комплекса как естественных, так и антропогенных факторов. Фундаментальным показателем их состояния является эффективность физиологических процессов, обеспечивающих нормальное развитие организма. В оптимальных условиях организм реагирует на воздействие среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Эти механизмы поддерживают оптимальное протека­ние процессов развития. Под воздействием неблагоприятных усло­вий механизмы поддержания гомеостаза могут быть нарушены, что приводит к состоянию стресса. Такие нарушения могут происхо­дить до появления изменений обычно используемых параметров жизнеспособности. Таким образом, методология биотестирования, основанная на исследовании эффективности гомеостатических ме­ханизмов, позволяет уловить присутствие стрессирующего воздей­ствия раньше, чем многие обычно используемые методы.

Требования к методам биотестирования

Для того чтобы быть пригодными для решения комплекса со­временных задач, методы биотестирования, используемые для оценки среды, должны соответствовать следующим требованиям: быть применимыми для оценки любых экологических изменений среды обитания живых организмов; характеризовать наиболее об­щие и важные параметры жизнедеятельности биоты; быть доста­точно чувствительными для выявления даже начальных обрати­мых экологических изменений; быть адекватными для любого вида живых существ и любого типа воздействия; быть удобными не только для лабораторного моделирования, но также и для иссле­дований в природе; быть достаточно простыми и не слишком до­рогостоящими для широкого использования.

Одним из наиболее важных требований при оценке состояния среды является чувствительность применяемых методов. Потреб­ность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания к проблемам охраны приро­ды и в связи с развитием природоохранных мероприятий стано­вится необходимым оценивать не только и не столько существен­ные, как правило, уже необратимые изменения в среде, но пер­воначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее нормальное состояние.

Другое важное требование - универсальность как в отноше­нии физического, химического или биологического оцениваемо­го воздействия, так и типа экосистем и вида живых существ, по отношению к которым такая оценка проводится. Причем, это не­обходимо как в отношении отдельных агентов, так и кумулятив­ного воздействия любого их сочетания (включая весь комплекс как антропогенных, так и естественных факторов).

Система должна быть относительно простой и доступной, при­годной для широкого использования. В настоящее время существует ряд современных молекулярно-биологических тестов качества сре­ды, но в силу высокой технологической сложности и стоимости их применение оказывается ограниченным. При этом возникает вопрос: нужно ли прибегать к таким сложным методам при реше­нии общей задачи мониторинга состояния среды и нельзя ли по­лучить сходную информацию более доступным способом.

Основные подходы биотестирования: биохемический подход, генетический подход, морфологический подход, физиологический подход, имуннологический подход.