Биотестирование в оценке загрязнения водной среды

Казанский государственный  архитектурно-строительный университет

 

 

 

 

 

Кафедра водоснабжения и

водоотведения

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему: «Биотестирование в оценке загрязнения водной среды»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                     Выполнил: ст.гр. 9ВВ-301

                                                                                                                     Гайфутдинов Р.И.

                                                                                                    Проверил: Каюмов А.Р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань 2011

 

Содержание

1. Биотестирование
2. Тест-объекты
3. Токскит
4. Тест-функция (test function)
5. Длительность биотестирования
6. Токсичность среды и ее определение?
7. Биомаркеры и биоиндикация
8. Биоиндикторы
9. Оценка токсичности питьевой воды методами биотестирования

Литература 

 

 

 

1. Биотестирование

Под биотестированием (bioassay) обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов.  
Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкую признание во всем мире и его все чаще используют наряду с методами аналитической химии. 

Биотестирование как метод  оценки токсичности водной среды  используется:

• при проведении токсикологической оценки промышленных, сточных бытовых, сельскохозяйственных, дренажных, загрязненных природных и пр. вод с целью выявления потенциальных источников загрязнения,
• в контроле аварийных сбросов высокотоксичных сточных вод,
• при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях формирования при проектировании локальных очистных сооружений,
• в контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов активного ила,
• при определении уровня безопасного разбавления сточных вод для гидробионтов с целью учета результатов биотестирования при корректировке и установлении предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водоемы со сточными водами,
• при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки, проектов очистных сооружений и пр.

 

2. Тест-объекты

Тест-объект (test organism) - организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др. Тест-объекты, по определению Л.П.Брагинского - "датчики" сигнальной информации о токсичности среды и заменители сложных химических анализов, позволяющие оперативно констатировать факт токсичности (ядовитости, вредности) водной среды ("да" или "нет"), независимо от того, обусловлена ли она наличием одного точно определяемого аналитически вещества или целого комплекса аналитически не определяемых веществ, какой обычно представляют собой сточные воды. Тест-объекты с известной степенью приближения дают количественную оценку уровня токсичности загрязнения водной среды - сточных, сбросных, циркуляционных и природных вод. 

Для биотестирования используются различные гидробионты - водоросли, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы. Наиболее популярные объекты - ювенальные формы (juvenile forms) планктонных ракообразных-фильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis. Cемидневный тест на суточной молоди  цериодафнии Ceriodaphnia affinis позволяет  за более  короткий срок (7 сут), чем на Daphnia magna (21 сут) дать заключение о хронической токсичности воды.

Важное условие правильного  проведения биотестирования - использование  генетически однородных лабораторных культур, так как они проходят поверки чувствительности, содержатся в специальных, оговоренных стандартами  лабораторных условиях, обеспечивающих необходимую сходимость и воспроизводимость результатов исследований, а также максимальную чувствительность в токсическим веществам. 

Стандартные методики, регламентированные нормативными документами, определяют тест-объекты, которые  используются при  определении токсичности тех или иных сред. В Украине в качестве стандартных приняты тесты с ветвистоусыми и жаброногими ракообразными, водорослями, инфузориями, светящимися бактериями.

3. Токскит

Новое поколение биотестов, разработанных в лаборатории  экологической токсикологии и водной экологии (LETAE), Университет Гент, Бельгия   под руководством проф. G. Persoone (http://www.microbiotests.be/). Токскиты предназначены для проведения исследований острой токсичности природных сред и содержат все  обходимые материалы для выполнения биотестирования  или экотоксикологических исследований (тест-организмы в анабиотическом состоянии, эфиппиумы дафний (resting eggs), покоящиеся яйца коловраток, яйца артемии, культуры водорослей). Toxkit® реализуются вместе со всеми необходимыми приспособлениями, посудой и средами культивирования. 

 

4. Тест-функция (test function)

Жизненная функция или  критерий токсичности (toxicity criterion), используемые в биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды. 
Тест-фукнкции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов: 

• для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых - выживаемость (смертность) тест-организмов. 
• для ракообразных, рыб, моллюсков - плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток. 
• для культур одноклеточных водорослей и инфузорий - гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры. 
• для растений - энергия прорастания семян, длина первичного корня и др. 

5. Длительность биотестирования

Длительность биотестирования  зависит от задачи, поставленной исследователем. Острые биотесты (acute tests), выполняемые на различных тест-объектах по показателям выживаемости, длятся от нескольких минут до 24-96 ч. 
Краткосрочные (short-term chronic tests) хронические тесты длятся в течение 7 суток и заканчиваются, как правило, после получения первого поколения тест-объектов. 
Хронические тесты (chronic tests) на общую плодовитость ракообразных, охватывающие 3 поколения, длятся до рождения молоди в F3. 

6. Токсичность среды и  ее определение

Токсичность (toxicity) - cвойство химических веществ проявлять поверждающее или летальное действие на живые организмы. Вещество, оказывающее токсическое дейтствие, называется токсикантом, а процесс воздействия токсиканта на организм - токсикацией (на экосистему - токсификацией). По Н.С.Строганову, количественно токсичность вещества для отдельного организма определется как величина, обратная медианной летальной концентрации: Т = 1/LC50.

Токсичность водной среды (toxicity of water environment) - токсичность воды и донных отложений для гидробионтов, возникающая вследствие появления в ней токсических веществ природного или антропогенного происхождения (ксенобиотиков), загрязнения сточными водами, токсическими атмосферными осадками и пр. При возникновении токсичности водной среды вода из среды, поддерживающей жизнь, становится средой, губительной для жизни. Степень токсичности водной среды оценивается методами биотестирования, а также по превышению ПДК (предельно допустимых концентраций).

7. Биомаркеры и биоиндикация

Биомаркеры – это организмы и их характеристики, которые позволяют  диагностировать текущее состояние  окружающей среды. В качестве характеристик могут выступать физиологические, биохимические, иммунологические  и другие свойства (процессы) организмов.

Биоиндикация  (bioindication) – метод определения качества среды обитания организмов  по видовому составу и показателям количественного развития видов биоиндикаторов и структуре образуемых ими сообществ.

8. Биоиндикторы

Биоиндикатор (bioindicator) – организм, вид, популяция, сообщество, характеризующиеся специфическими особенностями обитания или указывающие на специфические изменения условий среды (Семенченко, 2004).   
Биоиндикаторы делят на следующие группы:

1. Индивидуальные: размер особей, плодовитость, наличие аномальных особей и т.д.
2. Процессы: увеличение или уменьшение скоростей процесса (например, скорости фотосинтеза).
3. Структурные: видовая структура, число толерантных (интолерантных видов), биотические индексы и т.д.
4. Экосистемные:  видовое разнообразие, видовая структура (Семенченко, 2004).

Биоиндикаторы загрязнения (bioindicators of contamonation)  - 1)  организмы, которые поглощают (накапливают) токсические вещества и способны  в силу этого быть показателями загрязненности  воды данным веществом; 2) организмы, свидетельствующие о загрязненности воды. По набору таких организмов в водоеме  судят о качестве воды (Кузьменко и др., 1999).    
В отличие от биомаркеров, биоиндикаторы не могут мгновенно реагировать на изменение экологических условий, т.к. их индикаторными свойствами являются  популяционные процессы и процессы в сообществе в целом. Основным преимуществом биоиндикаторов перед биомаркерами является тот факт, что далеко не всегда кратковременное изменение условий, на которое реагирует биомаркеры, приводит к негативным изменениям в популяциях, сообществах и экосистемах (Семенченко, 2004).

9. Оценка токсичности питьевой воды методами биотестирования

Для этих целей наиболее подходящим можно считать тест на инфузориях (Tetrachymena pyriformis). Присутствие в водоеме живых организмов еще не означает, что в нем способны выживать и другие виды организмов, или некоторые, особенно чувствительные их стадии развития. Иногда в водоемах наблюдают явление "цветения" одноклеточных водорослей, некоторые из которых выделяют токсические продукты жизнедеятельности - метаболиты, вызывающие гибель других видов водорослей, ракообразных, рыб. Возможно ли  использование кого либо из эндемиков или вселенцев растительного планктона или зоопланктона Каспийского моря можно использовать для биотестирования? Можно использовать любые организмы для экотоксикологических исследований, однако распространенной ошибкой будет считать эти исследования биотестированием.Для выполнения биотестирования используют только стандартные методы и применяют их только к лабораторным тест-организмам, полученным в аттестованных лабораториях или музейных коллекциях и культивируемым в стандартных условиях, оговоренных в методиках. Ясно, что собранные в природе организмы не отвечают этим условиям. 

Существует практика введения в культуры тест-объектов, рекомендованных  нормативными документами, из природных  местообитаний. В этих случаях обязательными этапами являются акклимация организмов к стандартными лабораторным условиям и проведение их проверки на чувствительность к стандартному токсиканту. В случае, если культура удовлетворяет требованиям, предъявляемым к стандартным тест-объектам, ее можно содержать в музее культур и использовать для биотестирования.

 

Литература

1. Брагинский Л.П. Методологические аспекты токсикологического биотестирования на Daphnia magna Str. и других ветвистоусых ракообразных (критический обзор) // Гидробиол. журн. - 2000. - Т. 36, N 5. - С. 50-70.
2. Дятлов С.Е. Роль и место биотестирования в комплексном мониторинге морской cреды // Экология моря. - 2000, вып.51. - С. 83-87.
3. Крайнюкова А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения // Методы биотестирования вод. - Черноголовка, 1988. - С. 4-14.
4. Кузьменко М.И.,Брагинский Л.П., Ковальчук Т.В., Романенко А.В. Гидроэкологический русско-украинско-английский словарь-справочник. - К.: "Демиур", 1999. - 262 с.
5. Семенченко В.П. Принципы и системы биоиндикации текучих вод. – Минск: "Орех", 2004. – 125 с. 
6. http://www.microbiotests.be/publications/publications.html
7. http://www.microbiotests.be/
8. http://www.microbiotests.be/newsletters/Toxkit%20Newsletter%201.pdf