Biotestiranje je metoda za procjenu kakvoće staništa (toksičnosti tvari) pomoću pokusa s ispitnim objektima.Određeni broj (obično 10) ispitnih objekata stavlja se u uzorke prirodne vode i nakon isteka. Neko vrijeme ga uspoređuju s kontrolom (npr. Daphnia: potrebno je 4 dana za određivanje akutne toksičnosti, 20-24 dana za kroničnu toksičnost.) Uzorak sedimenata s dna se osuši, napravi se ekstrakt, zatim se sve prema shemi s daphnia

Biotestiranje u procjeni toksičnosti otpadnih voda

Prilikom proučavanja toksičnosti otpadnih voda nije dopušteno uzeti jedan uzorak. Broj potrebnih obroka odabire se na temelju iskustva provođenja analize (prema metodološkim uputama i državnim standardima), uzorci se obično uzimaju svaki sat tijekom dana , zatim se sve dobro promiješa i uzima potrebna količina vode za biotestiranje .uzorci uzeti za studije toksičnosti ne mogu se čuvati i ovdje je sve kao u 1. pitanju: dvije staklenke s ispitnom vodom i kontrola

Biotestiranje u procjeni toksičnosti kemijske tvari. Indikatori toksičnosti (LC50, LD50, itd.)

Toksičnost kemikalija određena je smrtonosnom dozom (za toplokrvne ispitivane objekte) i smrtonosnom koncentracijom (za vodene životinje). LC50 (god.konc.) - takva koncentracija u-Ba, koja uzrokuje smrt 50% test ormi u zadanom vremenu.Alge se također koriste kao test objekti, za njih je nemoguće odrediti LC50, stoga , indikator IC50 (inhibitorna koncentracija-usporava rast kulture).Za određivanje toksičnosti kemijskih tvari razrjeđuje se u vodi u omjeru 1/10,1/100,1/1000. Uzeti 2 uzorka (staklenke) i kontrolu.Nakon određenog vremena uzorci se uspoređuju s kontrolom, bira se takva koncentracija da se točno odredi LC50

Testni organizmi koji se koriste u biotestiranju. Kriteriji za odabir testnih organizama

Ispitivani objekt - organizam koji se koristi u procjeni toksičnosti tvari, pridnenih sedimenata, voda i tla. Posebno se uzgaja u laboratorijskim uvjetima organizma, različite sustavne pripadnosti (štakori, alge, protozoe, ribe) Zahtjevi za njih: genetski homogeni (čiste linije), prilagođeni laboratorijskim uvjetima, idealno, reakcija ne bi trebala ovisiti o sezonskim i dnevnim ciklusima Skup test objekata je određena metodama

testne funkcije

Ispitna funkcija - kriterij toksičnosti koji se koristi u biotestiranju za karakterizaciju odgovora ispitnog objekta na štetni (negativni) učinak okoliša. Na primjer: smrtnost / preživljavanje (obično se koristi za protozoe, kukce, rakove, ribe), plodnost / broj potomaka, vrijeme pojave, pojava abnormalnih odstupanja. Za biljke, brzina klijanja sjemena, duljina primarni korijeni itd.

Glavni kriteriji za ocjenu toksičnosti na temelju rezultata biotestiranja

Toksični učinak je promjena bilo kojih vitalnih znakova pod utjecajem toksikanata, ovisno o karakteristikama in-in. Prilikom umiranja u uzorku<10% от контроля можно говорить о том,что среда не токсична.10-50% - среда безвредна.>50% - okoliš je otrovan

Uzimanje uzoraka, transport uzoraka, njihova priprema za biotestiranje

Za dobivanje pouzdanih informacija o toksičnim svojstvima uzorka, potrebno ga je pravilno uzeti i pohraniti do izvođenja testa Koristeći kartu ili riječni dijagram odaberite mjesta uzorkovanja (stanice). Za točniju ocjenu kakvoće vode na svakoj postaji uzima se nekoliko uzoraka. Uzorak se istisne i prebaci u plastičnu posudu. Biotestiranje uzoraka vode provodi se najkasnije 6 sati nakon njihovog uzimanja. Tijekom dugotrajnog transporta uzorka njegova temperatura može pasti na +4 stupnja

Značajke akutnih i kroničnih bioloških pokusa

test akutne toksičnosti izražava se smrću organizama tijekom određenog vremenskog razdoblja (ponekad nekoliko sekundi ili nekoliko dana).Kronična toksičnost očituje se tek nakon nekoliko dana i u pravilu ne dovodi do brze smrti organizam, izražava se kršenjem vitalnih funkcija, pojavom toksikoze

Pri ocjeni ekološke situacije potrebno je uzeti u obzir toksičnost kako analiziranih skupina onečišćujućih tvari tako i produkata njihova metabolizma. Neki zagađivači u prirodnom okolišu pod utjecajem ultraljubičastog zračenja, pri promjeni acidobaznih uvjeta i sl. mogu stvarati tvari koje su otrovnije od izvornih. Osim toga, često i izvan analitičko istraživanje Međutim, zbog znanstvenih i metodoloških poteškoća istraživanja ostaje kombinirani učinak onečišćujućih tvari, koji se očituje u aditivnosti, potenciranosti i inhibiciji djelovanja. U tom smislu, uz uobičajene metode kemijsko-analitičke kontrole kojima se rješavaju problemi utvrđivanja izvora onečišćenja, procjene kakvoće stanja okoliša ili monitoringa okoliša, učinkovito je koristiti metode biotestiranja.

Biotestiranje naziva se metoda za određivanje stupnja toksičnih učinaka fizičkih, kemijskih i bioloških čimbenika okoliša koji su potencijalno opasni za žive organizme određenog ekosustava. Biotestiranje se provodi eksperimentalno u laboratoriju ili u prirodnim uvjetima bilježenjem promjena u biološkim značajni pokazatelji istraživani prirodni ili prirodno-tehnogeni objekti s naknadnom ocjenom njihovog stanja u skladu s odabranim kriterijima toksičnosti. U biti, biotestiranje je određivanje toksičnosti uzorka (vode, tla, sedimenata s dna itd.) za danu kulturu organizama u eksperimentalnim uvjetima.

Ispitni objekti (organizmi) mogu biti bakterije, kvasci, protozoe, alge, pijavice, mekušci, ribe itd. pojedinačna tijela, tkiva ili stanica. Biotestom se utvrđuje opća toksičnost, mutagenost i kancerogenost. U prvom slučaju bilježe se pokazatelji smrti organizama, morfološki poremećaji, morfološke i funkcionalne promjene te odstupanja u njihovom ponašanju i motoričkoj aktivnosti. Proučavanje mutagenosti i karcinogenosti provodi se putem kratkotrajnih testova za utvrđivanje kromosomskih oštećenja, mutacija gena i oštećenja DNK uz procjenu opasnosti tvari. Metoda biotestiranja ponekad se smatra alternativom sustavu maksimalno dopuštenih koncentracija onečišćujućih tvari u različitim komponentama okoliša, što je, prema nizu istraživača (Opekunov, 2014), malo potkrijepljeno u svojoj znanstvenoj i metodološkoj biti.

Utjecaj na ispitni objekt može se provesti simulacijom svih moguće načine ulazak štetnih tvari u organizam. Glavni ispitni medij je voda, rjeđe atmosferski zrak. Također je moguće proučavati neizravni utjecaj na ispitivani objekt čvrstih komponenti okoliša: tla, mliječnih sedimenata, tla. U ovom slučaju koriste se vode pora ovih medija ili vodeni ekstrakti iz njih dobiveni konvencionalnim tehnikama. Osim toga, biološki testovi se mogu provesti u fazi čestica. Ipak, glavni predmet primjene metoda biotestiranja su još uvijek otpadne i prirodne vode.

U posljednjih godina metode biotestiranja počele su se aktivno koristiti u ocjeni kvalitete morskog okoliša. Prije svega, to je zbog velikog razvoja izvora nafte i ugljikovodika kontinentalnog pojasa i kontinentalne padine Svjetskog oceana. Ispitivanja su usmjerena na procjenu kvalitete morskog okoliša, kao i toksičnosti industrijskih i bušotinskih voda te bušotine. Pritom, najteži problem ispitivanja morskog okoliša ostaje izbor ispitnih objekata, koji u već ustaljenoj praksi biološke kontrole uglavnom predstavljaju slatkovodne oblike organizama. Stoga se trenutno pri provođenju biotestiranja morskog okoliša prednost daje vrstama koje prirodno obitavaju u ovim akvatorijima.

Metoda biotestiranja temelji se na usporedbi ispitnih uzoraka s kontrolnim u određenom vremenskom razdoblju. U tom slučaju potrebno je eksperimentalno biotestiranje (do nekoliko sati), procjena akutnih toksičnih učinaka (unutar 1-3 dana od izlaganja), kroničnih toksičnih učinaka (nakon 7-10 dana izlaganja), kao i prognoza dugotrajnog mogu se provesti posljedice (nakon 2-3 tjedna izlaganja). Ukupno je do sada razvijeno više od 50 standarda.

Najčešće korišteni testni objekt je rak Daphnia tadpa, koji se koristi u praćenju toksičnosti otpadnih voda i identificiranju izvora onečišćenja. Testovi ponašanja i fizioloških reakcija riba (fish test metoda), posebno za reakciju riba koje napuštaju opasnu zonu, dobili su široku provjeru. Promjene se također koriste kao indikatori toksičnosti za okoliš. motorička funkcija pijavice, reakcije zatvaranja ventila mekušaca, stope potrošnje kisika u holoturija itd.

Za određivanje toksičnosti prirodnih slatkih voda i mliječnih sedimenata, otpadnih voda i otpadnih tekućina od bušenja, Ministarstvo prirodnih resursa Ruske Federacije (2002.) preporučilo je korištenje metoda biotestiranja za smanjenje razine bakterijske bioluminiscencije. Photobacterium phosphoreum, smanjujući povećanje broja ciliata Tetrahymena pyriformis, inhibirajući rast slatkovodnih algi scenedesmus quadricauda, smrt rakova Daphnia tadpa I Ceriodaphnia affinis, opstanak i plodnost rakova Ceriodaphnia affinis, smrt ribice guppy Poecillia reticulata.

Ministarstvo prirodnih resursa Ruske Federacije preporučuje procjenu toksičnosti morskih voda i sedimenata s dna, otpadnih voda različitog stupnja saliniteta i otpadnih tekućina za bušenje ispuštenih u morske vode korištenjem metoda biotestiranja za inhibiciju rasta jednostaničnih algi. Phaeodactilum tricomutum, smrt rakova Artemia salina i ribe Poecillia reticulata, smanjenje razine bioluminiscencije bakterija Photobacterium phosphoreum.

Fluorescencijska analiza algi i viših biljaka koristi se u nizu bioloških testnih sustava koji se koriste u ekotoksikologiji. Intenzitetom fluorescencije pobuđene stalnim svjetlom moguće je odrediti koncentraciju klorofila u morskoj vodi pri niskim vrijednostima (do 0,05 mg / m 3 klorofila). A). Promjene fluorescencije s različitim intenzitetom ekscitacije mogu poslužiti kao pokazatelj fotosiptetske aktivnosti i fiziološko stanje fotosintetski organizmi. Metoda za mjerenje brojnosti i indikaciju promjene stanja fitoplanktona u prirodnim vodama fluorescentnom metodom (FR.1.39.2011.11246, PNDF 14.2.268-2012) odobrena je za potrebe državnog nadzora okoliša u odjeljku „Kvantitativna kemijska analiza voda” (Kotelevtsev et al., 2012). Općenito, metoda omogućuje davanje cjelovite ocjene kakvoće prirodne vode, budući da promjenu fotosintetske aktivnosti može uzrokovati i njezino onečišćenje i nepovoljni čimbenici okoliša, kao što su npr. toplina i salinitet, nedostatak elemenata mineralne prehrane itd. (Melekhova, 2007; Kuznetsova i sur., 2011). U suvremenoj praksi standardizirane metode biotestiranja toksičnosti uzoraka površinske svježe, mljevene, pitke, otpadne vode, vodenih ekstrakata iz tla, kanalizacijskog mulja i otpada na slatkovodne zelene mikroalge roda Chlorella I scenedesmus uzgajaju prema općeprihvaćenoj metodi. Glavni pokazatelji toksičnog učinka su rast i preživljavanje kulture, promjena razine fluorescencije klorofila i broj stanica alge (K). S. Grigorijev // PND F T 14.1:2:4.10-04, M.2004 FR. 1.39.2007.03223; N.S. Zhmur, T.L. Orlova // FR.1.39.2007.03223/2007 i drugi). U U zadnje vrijeme pojavili su se radovi na biotestiranju učinka nanočestica na ekosustave (slika 26). Alge se smatraju obećavajućim objektima za ispitivanje nanomaterijala, u kojima su proučavani inhibicija rasta, promjene u morfologiji stanica i fluorescencija kao bioseizori toksikoloških učinaka (Kotelevtsev et al., 2012). Tako je, primjerice, utvrđen utjecaj nanočestica srebra, nanocijevi, nanodijamanata i nanokompozita na fluorescenciju algi. Chlorella vulgaris I Chlamydomonas reinhardtii(Matorin i sur., 2009.).

Za cjelovito ekološko praćenje promjena u morskom okolišu u područjima razvoja pomor naftna i plinska polja S. A. Patin (1997) predlaže korištenje testnih reakcija bakterija, protozoa Stylonichia mytilis, Tintinnop-

Riža. 26.

sis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera, jednoćelijske alge Coscinodiscus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella, makrofiti , zooplankton Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina, riba Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus maximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts i makrobentosa i drugi (Tablica 10).

Za određivanje toksičnosti tehnogeno onečišćenih tala naširoko se koristi mjerenje klijavosti sjemena i duljine korijena klijanaca viših biljaka (RD 52.18.344-93, ISO 11269 i dr.). Posebno se u tu svrhu proučavaju sjemenke zobi. Ovena sativa(Metodologija Sankt Peterburgskog znanstveno-istraživačkog centra za ekonomiju i ekonomiju Ruske akademije znanosti, FR. 1.39.2006.02264), rotkvica Raphanus sativus(Nechaeva et al., 2010; Voronina, 2013), potočarka Lepidium sativum(Eremchenko, 2013; Seifert i sur., 2013; Maistrenko i sur., 2013), grašak Pisum sativum(Kryatov i sur., 2013), senf Brassica juncea L. (Lisovitskaya, 2013), Bijeli bor Pinus sylvestris(Freiberg et al., 2002; Stetsenko, 2004) i drugi.

U Laboratoriju za ekologiju biljnih zajednica Botaničkog instituta Akademije znanosti SSSR-a razvijena je modifikacija metode ispitivanja korijena kako bi se procijenila otpornost biljaka na povećani sadržaj HM u mediju (Alekseeva-Popova, 1985. , 1991). Zbog svoje jednostavnosti i učinkovitosti (ekspresivnosti), dovoljno visoke osjetljivosti, najviše se koristi u vegetativnim pokusima. Ovo je ekspresna metoda za određivanje stabilnosti predmeta na sadnicama tijekom Tablica 10 Preporučene skupine i vrste morskih organizama i njihove testne reakcije za korištenje u biotestiranju u sustavima integriranog ekološkog

praćenje (Patin, 1997.)

Skupina i vrsta testnih organizama	Okruženje pod testom	Reakcija testa i indikator
Heterotrofni mikroplankton, bakterije	Voda, površinski mikrosloj debljine oko 1 mm (PMS)	Promjene u dinamici VPC, dominacija vrsta, brzina razaranja supstrata, mutagena aktivnost
protozoe ( Stylonichia mytilis, Tintinnopsis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera)	Pridneni sedimenti, vode iz jazbina, eluati, mulj, efluenti	Smanjeno preživljavanje, promjene u reprodukciji i stopama rasta, smanjena pokretljivost i morfologija
Jednostanične alge, regionalne dominante ( Coscinodiscus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella i tako dalje.)	Voda, odvodi	Promjene u brzini diobe i broju stanica, poremećaji intenziteta fotosinteze i fluorescencije, anomalije sastav pigmenta i tako dalje.
Makrofite ( Laminaria, Macrocystis pyrifera i tako dalje.)	Voda, odvodi	Promjene u brzini rasta, poremećaj taloženja zoospora, morfološke i elektrofiziološke anomalije
Filtrati zooplanktona ( Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina i tako dalje.)	Voda, PMS, odvodi	Smanjeno preživljavanje i plodnost, poremećena reprodukcija, ponašanje i trofička aktivnost, morfološke i druge anomalije
Ribe (ikra, ličinke, mlade) ( Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus maximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts i tako dalje.)	Voda, PMS, odvodi	Povećana smrtnost i učestalost morfoloških abnormalnosti, pothranjenosti, rasta, disanja, ponašanja, fizioloških i drugih pokazatelja
Makrobentos (odrasli embriji, ličinke) ( Mytilus edulis, Crassostrea gigans, Macoma, Echinocardium, Arenicola i tako dalje.)	Voda, PMS, donji sedimenti, otjecanje, mulj	Smanjeno preživljavanje, poremećena reprodukcija, zastoj u rastu, abnormalnosti u ponašanju, fiziološke i druge abnormalnosti

2-3 tjedna: Kontrolna otopina je formulirana za uzgoj biljaka različitih vrsta i ispitivanje širokog raspona koncentracija metala. U uvjetima jednog eksperimenta moguće je procijeniti specifičnost djelovanja pojedinih metala, kao i usporediti stabilnost različiti tipovi a populacije jedne vrste na određeni metal. Pod utjecajem toksičnih koncentracija HM uočava se inhibicija procesa rasta. Smanjenje rasta korijena korelira s koncentracijom metala, a reakcija korijena jasno se očituje čak i uz lagano povećanje doze metala. Metodom korijenskog testa utvrđene su inter- i intraspecifične razlike u otpornosti na Cu, Ni, Mn, Zn, Pb i Cc1 biljaka različitih sistematskih svojti (žitarice fam. Roaseae- pšenica, zob, ječam; dikotiledon - obitelj. mahunarke fabaceae, obitelj križonosan Brassicaceae, obitelj Compositae Asteraceae, obitelj labijales Lamiaceae i tako dalje.). Rezultati laboratorijska istraživanja omogućuju preporuku metode ispitivanja korijena za izolaciju populacija vrsta pogodnih za uzgoj na poljoprivrednim zemljištima u zagađenim uvjetima, kao i za rekultivaciju narušenih zemljišta.

Biotestiranje je puno brži način procjene kvalitete vode u usporedbi s tradicionalnim pristupima praćenja stanja okoliša. Ova metoda je jeftinija, a njezine metode i rezultati dostupniji su nestručnjacima. Metode biotestiranja stalno se poboljšavaju, predlažu se novi pristupi i oprema za provođenje eksperimenata, certificiraju se i patentiraju (Grigoriev, Shashkova, 2006; Zhmur, 2007; Zhmur, Orlova, 2007; Mayachkina, Chugunova, 2009; Maltseva, Okhapkina , 2010; Grigoriev, Tyutkova, 2011; Bardina i dr., 2013; Grigoriev, 2013; itd.).

Trenutno se u Rusiji i inozemstvu intenzivno razvijaju istraživanja za stvaranje sredstava za automatsko praćenje onečišćenja vode u stvarnom vremenu. U tom smislu najviše obećavaju metode koje se temelje na mjerenju odgovora fizioloških i bihevioralnih biomarkera (Kurylenko, 2004; Karmazinov i sur., 2007; Kholodkevich i sur., 2006, 2011, itd.). Najčešće korištene metode za snimanje kardioaktivnosti bentoskih beskralježnjaka s tvrdim vanjskim omotačem, poput rakova, rakova i mekušaca. U svakom pojedinom akvatoriju različiti predstavnici bentoskih zajednica mogu djelovati kao „ciljane vrste“. Tako se, na primjer, trenutno na svim vodozahvatima vodovoda u Sankt Peterburgu koristi biološka jedinica za praćenje kvalitete vode razvijena u Sanktpeterburškom istraživačkom centru za ekonomiju i ekologiju Ruske akademije znanosti, koja određuje toksičnost vode iz rijeke Neve u stvarnom vremenu. Kao biomarkeri koriste se srčani ritam i indeks stresa – jedna od najvažnijih karakteristika varijacijske pulsometrije. Kontinuitet i neprekinuto mjerenje ovih fizioloških parametara osigurava se korištenjem posebnih protočnih sustava akvarija koji sadrže tri para rakova Pontastacus leptodactylus Esch.

Općenito, pri procjeni razine toksičnosti za okoliš, metoda biotestiranja, kao dopuna kemijsko-analitičkom kompleksu, ima niz nedvojbenih prednosti:

• 1) predmet ispitivanja, u pravilu, reagira na relativno slaba antropogena opterećenja zbog učinka kumulacije štetnih doza;
• 2) ispitivanje sažima učinak svih, bez iznimke, biološki štetnih antropogenih čimbenika, uključujući fizikalne i kemijske učinke;
• 3) prema rezultatima ispitivanja prilično se pouzdano otkrivaju tendencije promjena stanja u okruženju.

Međutim, uočene su i brojne poteškoće u primjeni razmatrane metode. Značajan problem u korištenju najjednostavnijih organizama je njihova nekompatibilnost s višestaničnim organizmima, čija reakcija na iste promjene u vodenom okolišu može biti različita. Tako je, na primjer, za cilijate reakcija na HM već zabilježena pri koncentracijama nekoliko redova veličine nižim od MPC u vodi. Što se tiče biogenih spojeva, vrijedi suprotno: reakcija se očituje pri koncentracijama koje premašuju MPC za nekoliko redova veličine. Osim toga, nedostaci metode su niska pouzdanost, poteškoće u interpretaciji rezultata i njihovom prijenosu iz jedne vrste u drugu te nedostatak razvijenih ljestvica ocjenjivanja. Sve to uvelike komplicira proces standardizacije metode, bez koje je gotovo nemoguće otkloniti greške u mehanizmu kontrole stanja testa.

Kako bi se izbjegle barem neke od navedenih poteškoća, posljednjih su godina stručnjaci predložili nove znanstvene i metodološke pristupe odabiru testnih organizama na temelju evolucijskih, fizioloških, psihobihevioralnih i drugih značajki (Zaitseva, Kovalev, 1994.) . Bit ovih prijedloga je uzeti u obzir glavne značajke procesa prilagodbe i podatke o osjetljivosti i otpornosti testnih organizama, uvesti elemente otološke analize u praksu biotestiranja, kao i pravilno odrediti vrijeme testiranja. Prema navedenim kriterijima najprikladniji su hidrobioiti beskralježnjaka (rakovi i puževi), koji imaju prilično visok stupanj organizacije. Što se tiče ispitivanja mliječnih sedimenata, kao testni objekti preporučuju se bentoski beskralježnjaci (Gudimov i Gudimova, 2002). Svrsishodnost simultanog opća ocjena ispitivanja toksičnosti vode za zagađivače. U ovom slučaju može se koristiti sposobnost nekih organizama da reagiraju na specifične zagađivače. Treba uložiti ozbiljne napore u razvoj jedinstvenih ljestvica za biološku procjenu toksičnosti za okoliš.

Osim toga, nekoliko se aspekata mora uzeti u obzir pri provođenju biotestiranja krutih komponenti. Prvo, rezultati određivanja toksičnosti tla i vodenih ekstrakata iz njih biotestiranjem mogu se u nekim slučajevima značajno razlikovati (Bakina i sur., 2004; Mayachkina i Chugunova, 2009). Na primjer, toksičnost tla, određena metodom klijanja sjemena viših biljaka izravno u tlu, veća je od toksičnosti vodenih ekstrakata iz istih tala, utvrđenih korištenjem testnih objekata tradicionalnih za vodenu toksikologiju. Razlika u rezultatima je posebno velika kada su tla onečišćena toksikantima koji su slabo topivi u vodi, primjerice peftio ili proizvodi hidrolize gorušice. Drugo, kod određivanja stupnja toksičnosti tla metodama biotestiranja veliki značaj ima osjetljivost pokusnih organizama na otrovne tvari. Najtočniji rezultat postiže se korištenjem nekoliko ispitnih objekata iz različitih sustavnih skupina. Regulatorni dokumenti preporučuju korištenje najmanje dva testna organizma. U znanstvenoj literaturi objavljeni su razvoji o stvaranju testnog sustava koji se sastoji od tri ili četiri predstavnika životinjskog i biljnog svijeta. Tako, na primjer, predstavnici tri trofičke razine: proizvođači - Triticum vulgare L. koisumeites - Daphnia magna Straus, Paramecium caudatum; razlagači su mikroorganizmi tla (Bardina i sur., 2013; Kapelkia i sur., 2013). Biotestiranje je indikativno, na primjer, za gupije, mekušce i dafnije ili korištenje sustava Paramecium caudatum - Chlorella vulgaris - Escherichia coli. U ovom slučaju koriste se sljedeći kriteriji: u slučaju uginuća 50% jedinki jednog organizma voda se ocjenjuje kao slabo otrovna, u slučaju uginuća 50% jedinki svih ispitivanih vrsta , kao vrlo toksičan.

Provjera kompleksa bioindikacijskih metoda za procjenu stanja okoliša može se provesti kako u laboratoriju u uvjetima kontroliranog eksperimenta, tako i korištenjem različitih statističkih metoda za procjenu pouzdanosti odnosa između indikatora i predmeta indikacije. To uključuje regresijsku, faktorsku i klaster analizu. Izbor metode ovisi o specifičnim zadacima i opsegu indikatorske procjene teritorija.

Stoga je trenutno razvijen veliki broj metoda i tehnika bioindikacije koje se široko koriste u praksi praćenja okoliša. Fitoindikacijska metoda omogućuje procjenu kompleksnog antropogenog utjecaja i njegovih ekoloških posljedica u prirodnim i tehnogeno narušenim krajobrazima. Neophodan je pri izvođenju istraživanja na teško dostupnim područjima i tamo gdje nema nadzornih osmatračnica. Ovisno o intenzitetu antropogenog opterećenja, mijenja se kompleks fitoindikacijskih metoda. Fiziološke i biokemijske karakteristike indikatorskih vrsta omogućuju prepoznavanje poremećaja u ranim fazama antropogenog utjecaja na ekosustave. U svim tipovima ekosustava preporučuje se morfološka analiza i korištenje testnih objekata za ocjenu kompleksnog antropogenog utjecaja. Korištenje ispitnih objekata u eksperimentalnim uvjetima omogućuje uspostavljanje kvantitativnih odnosa u sustavu "doza-učinak". Za brzu procjenu ekološkog stanja industrijskih regija s različitim stupnjevima poremećaja, obećavajuće je koristiti različite fitoindikacijske metode. Florističke i fitoceotske metode mogu se koristiti u područjima prirodnih geokemijskih anomalija iu neznatno narušenim prirodnim ekosustavima. Morfološka analiza i korištenje testnih objekata preporuča se u svim vrstama ekosustava kako bi se dobila kvalitativna ocjena kompleksnog antropogenog utjecaja. Za kvantitativno karakteriziranje i identifikaciju izvora onečišćenja, kompleks metoda treba uključiti analizu sadržaja onečišćujućih tvari.

U slabo poremećenim prirodnim ekosustavima pod utjecajem lokalnih izvora onečišćenja, fitoidifikacija je usmjerena na kontrolu jednog ili više glavnih čimbenika antropogenog utjecaja. Ovisno o prirodi izvora onečišćenja mijenjat će se sustav preporučenih metoda indikacije fitoida. Budući da u tim uvjetima dominira prirodni način funkcioniranja ekosustava, onda se npr. kod kontrole emisija u atmosferu, indikacije lišaja, dendro indikacije, usporedne analize bioproduktivnosti prirodnih i poremećenih zemljišta, te kontrole promjena u kemijski sastav komponente ekosustava. Proučavanje pokrivača epifitskih lišajeva može se preporučiti za provedbu u praksi monitoringa, budući da tehnika pruža mogućnost uzimanja u obzir cjelokupne raznolikosti vrsta i brojnosti lišajeva, kao i ukupnog projektivnog pokrova epifitskog pokrova kao cijelo. Potonji ne zahtijeva duboko poznavanje lihenologije i može ga koristiti širok raspon stručnjaka.

Uz destruktivne antropogene promjene krajolika, uključujući krčenje šuma, melioraciju, rekreacijsku i pašnjačku digresiju itd., floristički pristup (promjene u sastavu vrsta fitocenoza, pojava ili nestanak indikatorskih vrsta) u kombinaciji s analizom promjena bioproduktivnosti daje najveći učinak. Može se procijeniti stanje fitoceioze tradicionalnim načinima obračunavanje biomase metodama rezanja i transekta, visinom ljekovitog bilja ili indikatorskih biljnih vrsta, te godišnjim linearnim i radijalnim rastom drveća. Promjene kemijskog sastava biljaka u ovom su slučaju manje specifične i nisu obvezne.

U ekosustava u područjima tehnogenih anomalija transformacija PTK je tolika da je u tim uvjetima nemoguće koristiti fitocenotske i lihenindikativne metode. Za ocjenu prostorne diferencijacije područja prema stupnju onečišćenja potrebno je odabrati jednu ili dvije (međusobne supstitucije) indikatorske vrste, koje su sveprisutne na istraživanom području. Antropogeni utjecaj, popraćen onečišćenjem sastavnica ekosustava, dovodi uz promjenu kemijskog sastava biljaka do inhibicije vitalnih funkcija i svih vrsta poremećaja u tijeku fizioloških procesa, a prije svega fotosintetske aktivnosti. Osjetljiv pokazatelj je omjer klorofila A i 6, međutim, takve studije zahtijevaju prilično dobro opremljen laboratorij i određenu obuku stručnjaka. Prilikom provođenja opsežnih radova praćenja, prikladnije je koristiti ljestvice za kontrolu kloroze i nekroze lišća, kao i starost iglica izoliranog drveća ili grmlja. Proučavanje varijabilnosti spektralnih reflektivnih svojstava fotosintetskih organa obećava za brzu procjenu antropogenih utjecaja.

Od posebne je važnosti izbor bioindikacijskih metoda za procjenu urbaniziranih područja – urbani ekosustavi. Najveća napetost ekološke situacije opažena je u velikim industrijskim urbanim aglomeracijama. Biljke, kao glavni akumulatori toksičnih spojeva u urbanom okolišu, igraju važnu ulogu u njegovom poboljšanju, dok su izložene utjecaju zagađivača koji deprimiraju njihovu vitalnu aktivnost. Akumulacija onečišćujućih tvari u biljkama odražava razinu onečišćenja atmosfere i tla urbanih ekosustava. Primjenom fitoidnih indikatora moguće je utvrditi vremensku dinamiku onečišćenja, razlikovati njegove glavne izvore i odrediti njihov doprinos ukupnom onečišćenju. Pri proučavanju velikih gradova jednog od ozbiljnih problema je izbor referentnih standarda. Ovaj problem je djelomično riješen korištenjem testnih objekata. Ispitivanje okoliša uspješno se koristi kako za procjenu onečišćenja urbanog okoliša, tako i za ekološko kartiranje pojedinih industrijskih područja grada. Najučinkovitije u tom pogledu je ispitivanje podloge za brio i lišajeve. Proučavanje stanja same biljke - inhibicija vitalnih funkcija, kloroza i nekroza, morfološka varijabilnost - u osnovi je ekspresnih metoda za procjenu onečišćenja urbanog okoliša. Priroda prilagodbe biljaka na tehnogena opterećenja u mnogome je slična strategiji prilagodbe biljaka izloženih prirodnim geokemijskim anomalijama. Stoga je perspektivno proučavanje i komparativna analiza prirodnih i tehnogenih biljnih populacija otpornih na visoke koncentracije metala.

Dakle, sumirajući gore navedeno, treba naglasiti da prednosti bioindikacije u odnosu na instrumentalne metode uključuju njenu relativno nisku cijenu, veliku brzinu dobivanja informacija i mogućnost karakterizacije stanja okoliša tijekom dugog vremenskog razdoblja. Korištenje bioindikacijskih metoda u kombinaciji s računalnim tehnologijama i stručnim procjenama omogućuje predviđanje promjena u ekosustavima s povećanjem antropogenog pritiska, formuliranje preporuka o optimalnom načinu upravljanja prirodom i procjenu stupnja rizika za okoliš od antropogenog onečišćenja.

Za rješavanje niza primijenjenih problema upravljanja prirodom potrebne su ekspresne metode ekološke procjene stanja okoliša. To uključuje prvenstveno morfološke, florističke i fitocenotske metode. Njihova prednost leži u relativnoj jednostavnosti terenskog istraživanja i prikupljanja podataka, kao iu mogućnosti utvrđivanja ukupnog utjecaja cjelokupnog kompleksa čimbenika u određenim uvjetima.

Bioindikacija omogućuje procjenu složenog antropogenog utjecaja kako na prirodne objekte, tako i na teritorij urbanih i poljoprivrednih krajolika. U ovom slučaju mogu se koristiti dva pristupa u procjeni reakcija organizama na utjecaje okoliša. Prvi uključuje proučavanje reakcija vrsta i njihovih zajednica raspoređenih u području istraživanja, drugi - proučavanje reakcija biljnih testnih objekata umjetno postavljenih na određeno područje.

Sada prijeđimo na rješavanje problema odabira prikladnog testnog organizma. I u isto vrijeme, mi ćemo stvoriti ideju o opća otrovnost vode u akvariju.

Ispada da možete procijeniti ukupnu toksičnost vode u akvariju samo promatrajući puževe.

Sama po sebi, vrlo je jednostavna i nije loša ideja staviti neki organizam koji živi u vodi u probni uzorak i vidjeti što će se s njim dogoditi. I onda odlučiti je li ta voda dobra ili loša? Provesti takvu ideju znači provesti biotest. Ostalo je samo odgovoriti na 2 pitanja:
1. Koji organizam ( zvat će se testni organizam) izabrati?

2. Što bi mu se zapravo trebalo dogoditi ili na temelju kojih pojava se može suditi toksičnost ?

Međutim, ako teorijska osnova nije vam stalo do biotestiranja i samo želite znati kako se toksičnost vode može odrediti pomoću ampuliranih puževa, tada možete preskočiti dio materijala u nastavku i odmah prijeći na.

Koji tjelesni test odabrati?

Do danas, niz testni organizmi. (Probni organizam je nesretno stvorenje po čijoj reakciji ćemo prosuditi otrovnost vode). Razvijen strog, službeno usvojen od strane Ministarstva prirodnih resursa Ruska Federacija biotestovi. Dafnije i trepetljikaši bili su najpopularniji testni organizmi. Testovi se temelje na kvantitativnoj procjeni njihove smrtnosti. Prema broju umrlih zaključuje se o otrovnosti. Čini se da je sve to jasno, lako i jednostavno, ali u praksi se pokazalo da nije baš informativno. Ako ispitanici umru, onda je jasno da voda ima toksični učinak, ali postoji li razlika u stupnju toksičnosti kada je u jednom slučaju, Na primjer, 40% dafnija je umrlo, au ostalih 60%? Pa, čini se da je tamo gdje je 60% vode otrovnije, ali čak i 40% je poprilična brojka. Možda samo skupine pokusnih organizama nisu bile previše homogene u pogledu otpornosti jedinki na štetne učinke, pa otud razlika u postotku smrtnosti, a toksičnost uzoraka je ista?
Općenito, pitanje statističke pouzdanosti rezultata biotestova odmah dolazi u prvi plan. Vjerovati ili ne vjerovati rezultatima biotestiranja uvelike ovisi o statističkoj ispravnosti eksperimenta. Ali ne samo. U ništa manjoj mjeri, mnogo ovisi o izboru samog testnog organizma, kao vrsta. Ovdje je nemoguće ne uzeti u obzir osobitosti njegove biologije i fiziologije. Uzmimo opet istu dafniju. Gdje ona živi u prirodi? Pa, iskreno, ne baš u čistim vodama. Akvaristi-uzgajivači ribe idu ga uhvatiti u septičke jame postrojenja za pročišćavanje vode. Diskusi (i ne samo oni) neće živjeti u takvoj vodi, a mi takvu vodu nećemo piti - neće nam se svidjeti miris i okus. Ali tu žive i brzo se množe dafnije, cilijatori također. Pa da li se na osnovu njihovih reakcija može prosuditi otrovnost vode u odnosu na vas i mene (odnosno ljude) i akvarijske ribe? Čisto sumnjam da je to ipak nemoguće, koliko god autori pokušavali dokazati suprotno. Neću ulaziti dalje u znanstvenu i znanstvenu džunglu prijepora oko biotestiranja, već ću nastaviti s opisom testnog organizma koji ćemo koristiti u biotestu.
Dakle, otrovnost vode procijenit ćemo po ponašanju (prvenstveno poponašanje, a ne smrtnošću) ampularnih puževa. Možete pročitati o samim ovim puževima . Što je tako dobro u ampulama? Da, niz važnih značajki!

1. Puževi ampule su termofilni i imaju visoku razinu metabolizma.

Pri temperaturi vode od 25-30°C biokemijske reakcije u tijelu puževa odvijaju se iznimno brzo. Puno jedu, puno seru i snažno rastu. A to znači da će prisutnost otrovnih tvari u vodi brzo utjecati na metaboličke procese u njihovom tijelu i to će biti vidljivo. Uostalom, bit djelovanja otrovnih tvari leži u činjenici da one remete normalan tijek biokemijskih reakcija. Toksični učinci mogu se brzo otkriti. Riječ "post" označava razdoblje od nekoliko sati do dva dana.

Fotografija 1. Prije nego što ste mladi puževi puževi. Kao pokusni organizmi dobri su zbog intenzivnog metabolizma. Fotografija jasno pokazuje ovu tezu. Strelica pokazuje izdanke plašta koji se protežu izvan rubova ljušture. Možda povećavaju površinu kontakta plašta s vodom i olakšavaju disanje kože. A možda su nekako povezani s brzim rastom ruba školjke. U svakom slučaju, kada su ove izbočine jasno vidljive kod mladih puževa, oni se iznimno brzo povećavaju.

2. Visoka osjetljivost i istodobno otpornost ampullarije na toksične učinke.

Ampule imaju dvije osobine koje su važne za organizam koji se testira. Oniosjetljivna djelovanje otrovnih tvari (zašto, objasnio sam gornji odlomak), a u isto vrijemeotporan(otporan) na njih (ubijaju ih samo bakrene soli već u malim koncentracijama). Otporne - to znači da ne umiru odmah. Usput, zato su vrlo dobri u pokretanje akvarija kao "pionirske životinje". S toksičnim učinkom na tijelo, počinju jesti manje, puzati sporije, trebaju više ili, obrnuto, manje kisika, zatvaraju se u svoju školjku poklopcem, ograđujući se od štetnih učinaka. prljava voda. Odnosno, ponašanje otrovanih puževa razlikuje se od ponašanja normalnih. Puževi uključuju sve svoje obrambeni mehanizmi, reagirajući odgovorom na stres na prisutnost otrovne tvari u vodi i ostaju živi dugo vremena, ili se čak prilagođavaju stalnoj prisutnosti otrova u vodi (vidi takođertoksičnost ). Sve se to može registrirati i na temelju tih reakcija ponašanja prosuditi o toksičnosti. Pa, kada puževi postanu jako loši (to se događa kada su maksimalno dopuštene koncentracije u vodi prekoračene 20-100 puta ili čak i više), oni umiru. Tako se poremećaji u ponašanju puževa mogu otkriti već pri vrlo niskim razinama otrovnih tvari u vodi (oko 0,01-0,1 maksimalno dopuštene koncentracije), a ovi puževi ugibaju tek nakon ponovljenog predoziranja. To znači da će biotest koji ih koristi djelovati u vrlo širokom rasponu toksičnosti. Važnost ove okolnosti može se ilustrirati sljedećim primjerom. Glavni nedostatak testa na dafnije je vrlo uzak raspon. Žive bez primjetnih odstupanja od norme, čak i pri značajnim koncentracijama otrovne tvari (nekoliko maksimalnih granica koncentracije, što je napisano u prvi članak o biotestiranju ), a da ga ne otkriju, već odmah umiru s vrlo blagim daljnjim povećanjem njegove koncentracije.

3. Visoka razina organizacije ampule.

Ampule su prilično složena stvorenja (za razliku od, na primjer, ciliata). Imaju gotovo iste anatomske i fiziološke sustave kao vi i ja: živčani, motorički, probavni, ekskretorni, respiratorni, reproduktivni, humoralni (sustav hormonska regulacija tjelesne funkcije). Njihovo tijelo kao odgovor na razne štetne vanjski utjecaj odgovara nespecifičnim odgovorom na stres koji uključuje sve sustave. Na temelju ove reakcije može se prosuditi ukupna toksičnost vode, koja se ne može odrediti prema jednoj toksičnoj tvari, već prema ukupnom učinku mnogih onečišćujućih tvari prisutnih u vodi.

4. Ponašanje puževa uključuje različite reakcije ponašanja.

Kao što sam već napisao, ponašanje puževa je vrlo raznoliko. To omogućuje procjenu toksičnosti njihovog staništa prema odstupanju ovih reakcija ponašanja od norme.

Video nije vidljiv, najvjerojatnije vaš preglednik ne podržava HTML5 video

Jabučni puževi imaju i pluća i škrge. U vodi, čija je sposobnost oksidacije niska, ima puno kisika i puževi dišu uglavnom pomoću škrga. Rijetko se dižu na površinu radi ventilacije pluća - ne više od jednom svakih 5-10 minuta, ili čak rjeđe, uz održavanje visoke tjelesne aktivnosti. U dobri uvjeti puževi su prilično pokretljivi i mogu doslovno "letjeti" po akvariju, pogotovo ako su gladni. Ako mekušac uđe u otrovno okruženje, njegovo tijelo na to reagira generaliziranom reakcijom na stres. U prvim satima potreba puža za kisikom dramatično se povećava. Sve se više počinje dizati na površinu radi svježeg zraka. Ponekad intervali između odvojenih "prozračivanja" pluća počinju biti samo nekoliko desetaka sekundi. U nekim slučajevima mekušac ostaje blizu površine, izlažući sifon prema van. I motorička aktivnost puža osjetno opada: puže manje i puže sporije nego inače. Takvi se simptomi opažaju, na primjer, kada tenzidi (deterdženti) dospiju u vodu.
Nije štetno da akvarist povremeno pažljivo pogleda, kako stvari stoje s respiratornom i motoričkom aktivnošću njegovih puževa? Ako se nakon promjene vode u akvariju respiratorna aktivnost iznenada naglo povećala, onda postoji razlog za zabrinutost i mjerenje sadržaja u vodi amonijaka i nitrita . Ove tvari također mogu uzrokovati povećanje respiratorne aktivnosti. Ili se možda sjećate da ste špilju oprali sapunom, a zatim je ne temeljito isprali pod jakim mlazom vode?
S kontinuiranom izloženošću toksičnosti, metabolizam puža počinje se usporavati. Puže vrlo malo ili vrlo sporo, tijelo joj je gotovo potpuno uvučeno u školjku i satima ne prozračuje pluća - takva bi opažanja trebala posebno zabrinjavati akvarista. U najtežim slučajevima puževi leže na dnu ili plivaju blizu površine zatvorenih ljuštura. Za bolju izolaciju od toksičnih učinaka vanjskog okruženja, puž može izlučiti priličnu količinu sluzi, koja izolira jaz između ljuske i poklopca. Kada mekušac ugine, poklopac se malo otvori i tijelo mekušaca ispadne. Ovo je zbunjujuće za neiskusne akvariste. Misle da su puževi živi. Zapravo, vjerojatnije je da će puž s čvrsto zatvorenom ljuskom biti živ nego s vrlo otvorenom.

Ako hranite ribu plutajućom hranom, tada puževi, ako se, naravno, osjećaju dobro, teže sudjelovati u općoj gozbi. Oni skupljaju plutajuću hranu pomoću gore prikazanih lijevaka. Ali ako se puževi tvrdoglavo dižu na površinu i formiraju lijevka, iako nije bilo hranjenja, onda bi to trebalo upozoriti. U pravilu to ukazuje na previsok sadržaj otopljenih organskih tvari u vodi, što puževi osjećaju mirisom i okusom (odgovarajući receptori nalaze se na brkovima i labijalnim ticalima). Osjetivši miris posuđa, čiji je položaj nemoguće lokalizirati (miris je posvuda), puževi s pravom vjeruju da su raštrkani po površini vode i puzeći prave lijevke kako bi ih skupili.
Na ovu značajku ponašanja puževa treba obratiti pozornost pri ispitivanju vode iz seoskih bunara. Visok sadržaj organske tvari u njima nije neuobičajen. Kada se nađu u takvoj vodi, puževi se okupljaju blizu površine i savijaju noge u lijevak. Odmah je jasno da voda koja se testira nije baš dobra. U akvariju puževi ovom reakcijom ponašanja skupljaju bakterijski film i ostatke hrane s površine vode. Ovo je vrlo korisna aktivnost. Ali pitate se zašto se ovaj film tvrdoglavo ponovno pojavljuje? Možda si previše hrani ribu , odnosno nedovoljno filtracija s prozračivanjem?

Opisao sam dva ponašanja puževa koja nam omogućuju da izvučemo neke zaključke o kvaliteti vode. Ali ovo još nije biotestiranje kao takvo. Biotest je unaprijed planirani eksperiment koji se provodi u skladu s propisima razvijenim za ovu metodu biotestiranja, koji vam omogućuje da dobijete statistički pouzdane rezultate. O ovoj metodi će biti riječi u nastavku. Ali nisam uzalud spomenuo te reakcije ponašanja. U praktičnom smislu, oni sami su prilično informativni. Osim toga, puževi ih često demonstriraju, a tijekom biotesta korisno je eksperimentatoru razumjeti što se događa.
I na kraju ovog materijala, zadržimo se na još jednoj značajci ampularije. Kao što rekoh, mladi puževi vrlo brzo izgrade svoju ljušturu. Taj proces je poremećen jakim toksičnim djelovanjem vode. Pogledajmo fotografiju na samom početku članka. Ljuštura ovog jadnog puža izrezana je dubokim uzdužnim prorezom. To je vrlo karakterističan poremećaj formiranja ljuske. Ako vaši puževi imaju istu stvar - znajte da je jako, jako teško živjeti u vašem akvariju. Negativan utjecaj okoline na organizam je takav da se više ne može nadoknaditi obrambenim reakcijama organizma i dovodi do morfoloških poremećaja. Zbog velike otpornosti ampula živi, ​​ali nije joj lako. U akvarijima u kojima žive puževi s takvim školjkama često se opaža "nerazumna" smrt riba. Osim toga, ribe često obolijevaju.

Ako pravovremeno (kada uzdužni razmak nije prevelik) poboljšate uvjete postojanja u akvariju: ne koristite lijekove koji sadrže bakar i formalin ni zbog čega, pa čak ni bez razloga, uspostavite biofiltraciju i više mijenjajte vodu. često, tada ampula uspješno vraća cjelovitost ljuske. Ali ožiljak će zauvijek ostati kao uspomena na nekada proživljena teška vremena.

Više o specifičnoj metodologiji biološke analize možete pročitati u članku. Biotestiranje kod kuće, II dio (metodologija biotesta).

Vladimir Kovalev

Ažurirano 11. 4. 2017

Tekst rada je postavljen bez slika i formula.
Puna verzija Rad je dostupan u kartici "Datoteke rada" u PDF formatu

„Tvrdim da sve što je rođeno iz zemlje živi na vlazi zemaljskoj,

i u kakvom je stanju ova vlaga, u takvom

biljka je također u stanju

Hipokrata

Rade

Ove riječi, koje je izgovorio Hipokrat u antičko doba, ni danas nisu izgubile na važnosti. U naše vrijeme društvo je uvidjelo opasnost od toksičnog onečišćenja površinskih voda i došlo do potrebe uvođenja potpuno novih netradicionalnih pristupa u praksu praćenja, posebice bioloških ispitivanja. Biotestiranje - studija utjecaja razne tvari na živim organizmima. Široko uvođenje metoda biotestiranja u praksu procjene kakvoće vode hitna je potreba vremena, budući da ni najsuvremenija analitička kemija neće dati potpune informacije o toksičnosti okoliša. Osim toga, analiza postojeće metode Procjena kakvoće prirodnih voda pokazala je da je biotestiranje najtočniji, najbrži i najjeftiniji način zaštite prirodnih voda.

U našem istraživanju smo ovom metodom odlučili saznati u kakvom je stanju voda našeg grada koju pijemo i zalijevamo biljke kojima se hranimo.

Hipoteza: korištenjem metoda biotestiranja moguće je procijeniti stupanj kontaminacije

prirodne vode.

Predmet proučavanja: stupanj onečišćenja prirodnih voda u Pjatigorsku.

Predmet proučavanja: jednogodišnje biljke iz porodice Žitarice (Gramíneae): zob, ječam, pšenica, jednogodišnje biljke iz porodice Brassicaceae - potočarka i rotkvica.

Svrha ovog rada - procijeniti onečišćenje prirodnih voda u Pjatigorsku sadnicama različitih biljaka indikatora.

Zadaci:

analizirati teorijske pristupe u proučavanju ove teme;

ovladati metodologijom biotestiranja;

utvrditi sezonsku dinamiku toksičnosti prirodnih voda u Pjatigorsku;

utvrditi ovisnost razvoja pokusnih biljaka o otrovnosti prirodnih voda.

1. Književni prikaz.

1. Metode biotestiranja.

Jedan od glavnih razloga negativne posljedice antropogeno onečišćenje prirodnih okoliša je toksičnost onečišćujućih tvari za biotu. Prisutnost toksikanata u okolišu dovodi do smrti svih živih bića, gubitka zajednica organizama stanovnika čistih zona i njihove zamjene euribiontskim vrstama. Postoje različite fizikalne i kemijske metode za određivanje toksičnosti u okolišu, ali u posljednje vrijeme sve češće se koriste i biološke metode za ocjenu stanja živih organizama (Prilog 1).

Uostalom, kada govorimo o onečišćenju vode, tla, atmosfere, njihovoj toksičnosti, mislimo na to koliko su oni povoljni za život živih organizama u njima, za ljudsko zdravlje.Metode toksikološkog biotestiranja su među najradikalnijim metodama. Biotest je ispitivanje pod strogo određenim uvjetima djelovanja tvari ili kompleksa tvari na vodeni organizmi registracijom promjena u jednom ili drugom biološkom pokazatelju predmeta koji se proučava u usporedbi s kontrolom. Proučavani organizmi nazivaju se test objekti, a iskustvo se naziva biotestiranje (Lysenko, 1996). Ova jeftina i svestrana metoda posljednjih se godina naširoko koristi u cijelom svijetu za ocjenu kvalitete okolišnih objekata. U Rusiji je od 1996. započeo eksperiment uvođenja metoda biotestiranja otpadnih voda koje se ispuštaju u prirodna vodna tijela i isporučuju u postrojenja za biološki tretman. Biotestiranjem se mogu dobiti podaci o toksičnosti pojedinog uzorka kontaminiranog kemikalijama antropogenog ili prirodnog podrijetla. Ova metoda omogućuje davanje stvarne procjene toksičnosti svojstava bilo kojeg medija zbog prisutnosti kompleksa onečišćujućih tvari i njihovih metabolita. Živi organizmi uvijek različito reagiraju na promjene u okolišu, ali u nekim slučajevima to se ne može detektirati fizikalnim ili kemijskim metodama, budući da su mogućnosti razlučivanja instrumenata ili kemijskih analiza ograničene. Osjetljivi organizmi - indikatori reagiraju ne samo na male doze čimbenika okoliša, već daju i adekvatan odgovor na utjecaj kompleksa čimbenika (Gruzdeva, 2002). .

Biotestiranje vam omogućuje prepoznavanje područja i izvora kontaminacije. Kao test objekti koriste se bakterije, alge, više biljke, pijavice, dafnije, mekušci, ribe i drugi organizmi. S obzirom na povećanje otpornosti na onečišćenje, organizmi su raspoređeni u sljedeći red: gljive, lišajevi, četinjače, zeljaste biljke, listopadne biljke. Svaki od njih ima prednosti, ali nijedan nije univerzalan, najosjetljiviji na sve tvari. Za zajamčenu detekciju prisutnosti toksičnog agensa nepoznatog kemijskog sastava u prirodnim vodama, potrebno je koristiti set test objekata koji predstavljaju razne skupine organizmi. Pri odabiru testnih organizama polaze od specifične toksičnosti mogućih onečišćujućih tvari, karakteristika ležišta i zahtjeva potrošača vode. Posebne integrirane testne funkcije mogu se dodijeliti testnim organizmima. Integralni parametri najopćenitije karakteriziraju stanje sustava. Integralne karakteristike organizama uključuju karakteristike preživljavanja, rasta i plodnosti. Privatni za organizam, na primjer, mogu biti fiziološki, biokemijski i histološki parametri.

1. Biotestiranje prirodnih voda.

Biotestiranje prirodnih voda postalo je široko korišteno u istraživanje radi od početka 80-ih (prilog 2). To je zbog značajnog povećanja razine onečišćenja vodnih tijela i nade stručnjaka da biotestiranje može barem djelomično zamijeniti kemijsku analizu vode, budući da se oko 55 km 3 otpadnih voda godišnje ispusti u vodna tijela, od čega 20 km 3 je zagađeno. (Stepanovskikh, 2001). Samo oko 10% voda koje zahtijevaju pročišćavanje pročišćeno je do standardne kvalitete (Yablokov, 2005).

Godine 1991 Biotestiranje je uvedeno kao obvezni element kontrole kakvoće površinskih voda, što je propisano “Pravilnikom zaštite površinskih voda” (1991.). Indikatori biotestiranja prirodnih voda uključeni su u popis indikatora za identifikaciju zona ekološke opasnosti i zona ekološke katastrofe (Tumanov, Postnov, 1983). Metode biotestiranja su karakteristika stupnja utjecaja na vodene biocenoze. Dakle, A.M. Grodzinsky D.M. Grodzinsky (1973) opisuje niz bioloških uzoraka za ispitivanje toksičnosti prirodnih voda. Prema prihvaćenoj definiciji, biotestiranje vode je procjena kakvoće vode na temelju odgovora organizama koji su objekti ispitivanja. Pokusom klijavosti sjemena utvrđuje se djelovanje različitih fiziološki aktivnih tvari. Kao indikatori otrovnosti koriste se sjemenke poljoprivrednih biljaka. Od poljoprivrednih kultura najosjetljivije su salata, lucerna, žitarice, krstašice, a neosjetljivima kukuruz, vinova loza, rosaceae i trputac (Ramad, 1981). Metode biotestiranja moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve: relativnu brzinu provedbe, dobivanje dovoljno točnih i ponovljivih rezultata, prisutnost velikog broja objekata prikladnih za indikaciju. Trenutno su dobro poznate metode biotestiranja koje su usmjerene na određivanje toksičnosti vodenog okoliša zbog prisutnosti određenih skupina kemijskih spojeva, posebice organofosfora. Najviše ispitana na prirodnim vodama je enzimatska metoda V.I. Kozlovskaja.

1. Prednosti metoda biotestiranja.

Glavne prednosti biotestiranja su jednostavnost i pristupačnost metoda za njegovo postavljanje, visoka osjetljivost testnih organizama na minimalne koncentracije toksičnih agenasa, brzina i odsutnost potrebe za skupim reagensima i opremom. Prema brojnim autorima, nijedan od pojedinačnih organizama ne može poslužiti kao univerzalni testni objekt za tvari različite kemijske prirode, stoga bi se trebao koristiti skup bioloških testova koji jamče detekciju toksičnog agensa u okolišu (Braginsky et al. 1979; Lesnikov, 1983; Filenko, 1989).

Metode biotestiranja otkrivaju toksičnost koja je sastavni pokazatelj onečišćenja okoliša. Kao i svi integralni indikatori, nedostatak im je što ne otkrivaju pojedinačne zagađivače prisutne u uzorku. Publikovano je mnogo radova o biotestiranju vodenog okoliša, no oni su rađeni uglavnom radi procjene toksičnosti novosintetiziranih kemikalija, lijekova nabavljenih iz uvoza, kao i pri izradi regulative za kemijske spojeve. Mnogo je manje publikacija o biotestiranju otpadnih voda, a još manje o biotestiranju prirodnih voda (Nikanorov i Khoruzhaya, 2001).

Bioindikacijske metode koje omogućuju proučavanje utjecaja tehnogenih onečišćujućih tvari na biljne i životinjske organizme na neživu prirodu su najdostupnije. Bioindikacija se temelji na bliskom odnosu živih organizama s okolišnim uvjetima u kojima žive. Promjene u tim uvjetima, poput porasta saliniteta ili pH vode, mogu dovesti do nestanka pojedinih vrsta organizama koji su najosjetljiviji na te pokazatelje i pojave drugih za koje će takav okoliš biti optimalan.

Postoje različiti biološki indikatori. Prisutnost nekih zagađivača može se prosuditi prema vanjskim znakovima biljaka i životinja. Zahvaljujući "pamćenju" ovih organizama, može se saznati i uloga onih čimbenika koji trenutno više nisu aktivni. Na primjer, pojava crnih mrlja na lišću lipe ukazuje na to da su domari zimi previše voljeli posipati snijeg solju kako bi ubrzali njegovo topljenje, a mrlje na lišću trpuca govore o emisiji sumpornog dioksida. Po širini godova borova u blizini kemijske tvornice može se utvrditi u kojim je godinama biljka posebno zagađivala okoliš. U godinama jakog onečišćenja atmosfere stvaraju se tanji prstenovi. Po visini nekih biljaka može se procijeniti koncentracija soli u vodi. Tako, na primjer, trska može doseći visinu od 4 m, ali ako je sadržaj soli u vodi visok, ova biljka neće narasti više od 0,5 m. Neke mahovine i lišajevi pokazatelji su atmosferskog zagađenja. Na primjer, prilikom analize lišajeva u Švedskoj pronađena je pojava radioaktivne prašine iz nuklearne elektrane u Černobilu. Postoje posebni živi uređaji - briometri - male kutije s mahovinama određenih vrsta, koje određuju način atmosferskog dima.

Praktični dio.

Istraživanja su provedena na metodologije predložio A.I. Fedorova i A.N. Nikolskaya u "Radionici o ekologiji i zaštiti okoliša", 2003., kao iu vodič za učenje za sveučilišta "Monitoring okoliša" uredio T.Ya. Ashikhmina, 2005. (monografija).

Rad na istraživanju metode biotestiranja toksičnosti prirodnih voda na presadnicama biljaka indikatora obavljen je tijekom 2015. godine.

Sva istraživanja na tu temu provedena su u laboratoriju učionica kemije i biologije MBOU srednje škole br. 5 u Pjatigorsku u danju, s kombinacijom umjetne i prirodne rasvjete u standardnim, optimalnim uvjetima za testna postrojenja. Razina onečišćenja vodenih tijela može se procijeniti pomoću testa klijavosti sjemena. Takvo ispitivanje provodi se kao preliminarno za identifikaciju posebno onečišćenih vodnih tijela u svrhu naknadne kemijske analize. Kao pokusne biljke korištene su sadnice viših biljaka: pšenice, ječma, zobi, potočarke i rotkve. Predložena metoda za biološku procjenu toksičnosti prirodnih voda sadnicama indikatorskih biljaka provedena je u dvije verzije:

1. Zalijevanje presadnica pokusnih biljaka pokusnom vodom.

2. Ukapanje ispitne otopine između supki dvosupnica.

Kao pokusne biljke u prvoj varijanti korišteno je sjeme pšenice, zobi i ječma. U drugoj varijanti korištene su samo presadnice dvosupnica: potočarka, rotkvica.

Od svih biljaka korištenih u istraživanju, potočarka ima preosjetljivost do onečišćenja vode teškim metalima. Ovaj bioindikator karakterizira brzo klijanje sjemena i gotovo 100% klijavost, koja je izrazito smanjena u prisutnosti kontaminanata. Osim toga, izdanci i korijenje potočarke podvrgnuti su vidljivim morfološkim promjenama pod utjecajem zagađivača (zastoj u rastu i zakrivljenost izdanaka, smanjenje duljine i mase korijena) (Golubkina, 2008). . U svrhu prevencije, sjeme je tretirano prije klijanja. Suhe sjemenke su uronjene u 1% otopinu kalijevog permanganata na 0,5 sati, zatim isprane destiliranom vodom u dva sloja gaze, osušene na filter papiru na zraku.

(1 opcija).

2-3 dana prije pokusa (vrijeme klijanja sjemena određeno je unaprijed), sjeme testnih objekata, pšenice, zobi, ječma, namočeno je jedan dan u vodi. Zatim su postavljeni pincetom s embrijem prema gore (u jednom smjeru) u kivetu, na čijem je dnu bio položen sloj upijajuće vate, a na vrhu - dva sloja filter papira. Sustav je navlažen vodom iz slavine do punog kapaciteta vlage. Da biste to učinili, voda je izlivena ispod pamučne vune, a nakon što je apsorbirana, višak je uklonjen. Kiveta je bila prekrivena filmom, rubovi filma su savijeni ispod kivete. Klijanje je obavljeno na temperaturi od +25 0 C - +26 0 C do veličine mase sadnica od 10-15 mm i pojave korijena, nakon čega su klice podijeljene na frakcije duž duljine.

Ista količina ispranog i užarenog pijeska stavi se u čaše, u svaku čašicu posadi se po 10 istih presadnica pokusnih biljaka. Pijesak se izlije odozgo s istom količinom ispitne vode iz različitih rezervoara. Ponavljanje - tri puta. Kontrola - zalijevanje staloženom i pročišćenom vodom iz slavine. Nakon što klice dostignu visinu od 8-10 cm, iskopaju se, osuše filtar papirom, dijele britvicom na dijelove (stabljika, korijenje), mjere i važu. Podaci se obrađuju statistički, izraženi u postotku od kontrole.

1. Način zalijevanja presadnica pokusnih biljaka pokusnom vodom

(Opcija 2).

Voda uzeta iz različitih izvora koncentrira se isparavanjem 10 puta, čuva se u hladnjaku. Čaše se napune istom količinom ispranog i kalciniranog pijeska, na dno se umetne staklena cijev kroz koju se zalijeva staloženom vodom iz slavine. Na malu dubinu sije se 18-20 komada živih sjemenki (potočarka, rotkvica). Nakon što klice niknu i kotiledoni se otvore, u čašice se ostavi 10 istih biljaka, a ostale se čupaju pincetom. Zalijevanje supstrata za uzgoj vrši se istom količinom vode kroz cjevčicu pomoću folijskog lijevka. Nakon 2-3 tjedna sadnice se pažljivo iskopaju, operu, osuše filtar papirom, nadzemni dio i korijenje izmjere i izvažu posebno. Podaci se obrađuju statistički, izraženi u postotku od kontrole.

1. Razvoj presadnica pokusnih biljaka pri zalijevanju pokusnom vodom (proljetno razdoblje).

Broj uzorka, lokacija uzorka	Testna biljka	Prizemni dio, %
1. Rijeka Podkumok
2. Novopyatigorsko jezero
4. Kontrola - voda iz pipe

Toksični učinak uzorka smatra se dokazanim ako je pokusom utvrđen toksični učinak inhibicije rasta klijanaca, odnosno njihovog korijena za 50% (Gruzdeva, 2002).

Iz podataka u tablici 1. vidljivo je da je uzorak br. 2 - Novopjatigorsko jezero najpovoljniji za rast i razvoj presadnica pokusnih biljaka. Orlovka. Prema stupnju rasta i vegetativnoj sposobnosti sadnica, može se zaključiti da je u uzorku br. 1 (rijeka Podkumok) uočena inhibicija rasta korijena sadnica za više od 50% u odnosu na kontrolu, dakle, toksičnost uzorka br. 1 je visoka. U uzorku br. 3 (rijeka Yutsa) uočena je inhibicija rasta nadzemnog dijela i korijena sadnica više nego u uzorku br. 1, stoga je toksičnost uzorka br. 3 vrlo visoka.

2.4. Razvoj presadnica ispitnih biljaka pri zalijevanju ispitnom vodom

(jesensko razdoblje).

Broj uzorka, lokacija uzorka	Testna biljka	Prizemni dio, %
1. Rijeka Podkumok
2. Novopyatigorsko jezero
3. Rijeka Yutsa
4. Kontrola - voda iz pipe

Iz podataka prikazanih u tablici 2 može se vidjeti da se u jesenskom razdoblju inhibicija razvoja sadnica u većoj mjeri opaža u uzorku br. 3 - rijeka Yutsa, inhibicija rasta korijena sadnica u ovom uzorak za više od 60% u usporedbi s kontrolom. U uzorcima br. 1 - rijeka Podkumok i br. 2 - jezero Novopyatigorsk, također postoji smanjenje razvoja vegetativnih organa sadnica.

Tijekom naknadne obrade materijala, prema rezultatima dobivenim u prvoj verziji istraživanja, izgrađeni su dijagrami biotest testova.

Riža. 1 Omjer duljine sadnica pokusnih biljaka pri zalijevanju pokusnom vodom (proljeće, jesen 2015.)

Riža. 2 Omjer mase presadnica pokusnih biljaka pri zalijevanju pokusnom vodom (proljeće, jesen 2015.)

Dakle, iz rezultata dobivenih u varijanti 1 možemo izvući sljedeće zaključke:

toksičnost prirodnih voda u proljeće najveća je u rijekama Podkumok i Yutsa;

Na toksičnost vode najosjetljivije su sadnice zobi.

2.5. Razvoj presadnica pokusnih biljaka (proljetno razdoblje).

Broj uzorka, lokacija uzorka	Testna biljka	Prizemni dio, %
1. Rijeka Podkumok	Potočarka
2. Novopyatigorsko jezero	Potočarka
3. Rijeka Yutsa	Potočarka
4. Kontrola - voda iz pipe	Potočarka

Prema promjeni nadzemne mase u pokusnim uzorcima u odnosu na kontrolu može se suditi o toksičnosti ovog uzorka vode. Jaka inhibicija nadzemnog dijela pokusnih biljaka, više od 20% u odnosu na kontrolu, ukazuje na visok stupanj toksičnosti uzorka vode (Golubkina, 2008). Visoka toksičnost uočena je u uzorku br. 3 - rijeka Yutsa. U sadnicama se uočava inhibicija razvoja nadzemnog dijela za 53-55% više nego u kontrolnom uzorku. Uzorci br. 1 - rijeka Podkumok i br. 2 - jezero Novopyatigorsk također su otrovni, ali u manjoj mjeri.

2.6 Razvoj presadnica pokusnih biljaka (jesensko razdoblje).

Broj uzorka, lokacija uzorka	Testna biljka	Prizemni dio, %
1. Rijeka Podkumok	Potočarka
2. Novopyatigorsko jezero	Potočarka
3. Rijeka Yutsa	Potočarka
4. Kontrola - voda iz pipe	Potočarka

Tablica 4 pokazuje da je uzorak br. 3 najotrovniji - rijeka Yutsa. Uzorak otrovne vode br. 1 - rijeka Podkumok. Uzorak br. 2 - jezero Novopyatigorsk ima vrlo nisku toksičnost.

Prema rezultatima dobivenim u 2. varijanti istraživanja izgrađeni su dijagrami biotest testova.

Riža. 3 Omjer duljine pokusnih sadnica (proljeće, jesen 2015.)

Slika 4. Omjer mase sadnica i ispitane vode (proljeće, jesen 2015.)

Na temelju rezultata istraživanja mogu se izvući sljedeći zaključci:

omjer duljine i težine sadnica pokusnih biljaka ovisi o toksičnosti prirodnih voda, što je više otrovnih tvari u uzorku vode, manja je duljina i težina presadnica pokusnih biljaka;

Biljka potočarka pokazuje najveću osjetljivost na toksine.

toksičnost prirodnih voda veća je u proljeće u uzorcima vode uzetih iz rijeka Podkumok i Yutsa;

manje toksičan je uzorak vode iz jezera Novopyatigorsk.

Kao rezultat istraživanja ovladana je metodologija biotestiranja toksičnosti prirodnih voda, izvršena je analiza teorijskih pristupa proučavanju ove teme, te izrađeni sljedeći. zaključci:

Utvrđeno je da toksičnost prirodnih voda akumulacija Pjatigorsk varira po sezoni: u proljeće je veća, u jesen se toksičnost smanjuje;

Utvrđeno je da razvoj i rast klijanaca ispitnih biljaka izravno ovisi o stupnju toksičnosti prirodnih voda, najveću osjetljivost na toksine pokazuju biljke potočarke i zobi;

Utvrđeno je da je kod presadnica testnih biljaka navodnjavanje testnom vodom u većoj mjeri inhibiran razvoj korijenskog sustava;

Eksperimentalno je utvrđeno da su uzorci vode iz rijeka Yutsa i Podkumok karakterizirani najvećom toksičnošću, voda iz Novopyatigorsk jezera je manje toksična.

Time je potvrđena hipoteza o mogućnosti procjene stupnja onečišćenja prirodnih voda metodama biotestiranja. U ovoj fazi rada, kao rezultat eksperimenta, bez posebne skupe opreme, instrumenata i reagensa, utvrđene su razine onečišćenja vode u gradu Pjatigorsku.

Naš rad bi se mogao nastaviti iu sljedećoj akademskoj godini. Kako bi se uklonile pogreške u rezultatu, moguće je provesti kemijsku analizu vode na temelju laboratorija i ponovno analizirati situaciju.

Ova metoda analize prirodnih voda može se preporučiti vrtlarima amaterima i svim stanovnicima našeg grada koje zanima ova problematika.

Bibliografija.

Vishnyakova V.F. Ekologija Stavropoljskog kraja. - Stavropol, 2000.

Golubkina N.A. Laboratorijska radionica o ekologiji.-M., 2008.

Grodzinsky A.M., Grodzinsky D.M. Kratki priručnik o fiziologiji biljaka. - Kijev; Naukova dumka, 1973.

Gruzdeva L.P. bioindikacija kakvoće prirodnih voda. // Biologija u školi. 2002, broj 6 str. 10

Denisova S.I. Terenska praksa iz ekologije. - Minsk, 1999.

Kulesh V.F., V.V. Mavrishchev Radionica o ekologiji. Minsk, 2007.

Lysenko N.L. Bioindikacija i biotestiranje vodenih ekosustava.// Biologija u školi. 1996, br. 5 str.12

Nikanorov A.M.,. Khoruzhaya T.A. Ekologija. - M., Prior, 2001.

Ramad F. Osnove primijenjene ekologije. - L .: Gidrometeoizdat, 1981.

Trifonova T.A., Selivanova N.V., Miščenko N.V. Primijenjena ekologija. M., Akademski projekt., 2007.

Saveljeva V.V. Geografija Stavropoljskog kraja. - Stavropol, 2003.

Stepanovskikh A.S. Zaštita okoliša.- M.: UNITI-DANA, 2001.

Teorijska pitanja biotestiranje. - Volgograd, 1983.

Fedorova A.I., Nikolskaya A.N. Radionica o ekologiji i zaštiti okoliša. - M., Vlados, 2001.

Filenko O.F. Metode biotestiranja kakvoće vodenog okoliša. - M.: MSU, 1989

Yablokov A.V. Ekologija Rusije: stanje perspektive. 2005. godine.

Prilog 1

stol 1

Glavne karakteristike metoda procjene toksičnosti vode

	Kemijske metode	biološke metode
		Bioindikacija	Biotestiranje
Vrsta indikacije	Indikacija udara	Indikacija odgovora	Indikacija udara
Objekt analize		Vodene zajednice
Svrha analize	Mjerenje koncentracije kemikalija	Ocjena stanja prirodnih zajednica	Integralna procjena toksičnosti na ispitivanim organizmima
Indikatori toksičnosti	Prekoračenje utvrđenih propisa	Negativne promjene u zajednicama	Razvoj patoloških (sve do smrti) promjena u testnim organizmima
Propisi	Najveće dopuštene koncentracije	Nije instalirano	Odsutnost akutnih i kroničnih toksičnih učinaka
Mjeriteljske karakteristike	Točnost, konvergencija, ponovljivost	Nije instalirano	Konvergencija, ponovljivost

tablica 2

Opseg metoda biotestiranja toksičnosti vodenog okoliša

Biotest objekt		Svrha biotestiranja	ispitni organizam
Kemijske tvari		Regulacija ribarstva; kontrola toksičnosti u međunarodnoj trgovini	Hidrobionti su predstavnici glavnih trofičkih razina vodenih ekosustava. Standardni set testnih organizama
Industrijske, procesne i otpadne vode (točkasti izvori onečišćenja)		Procjena učinkovitosti čišćenja, identifikacija opasnih komponenti, regulacija ispuštanja, ekološka certifikacija poduzeća	Setovi za biotest
Prirodne vode (onečišćenje iz izravnih izvora)		Provjera sukladnosti kvalitete vode s utvrđenim propisima. Procjena toksikološkog stanja vodnih tijela. Identifikacija zona ekološke katastrofe i hitnim slučajevima	Setovi za biotest

Prilog 2

Fotografija br. 1. Klice potočarke Fotografija #2. Klice potočarke

(kontrola) (eksperiment)

Dugo se vremena kontrola onečišćenja okoliša provodila samo fizikalno-kemijskim metodama, određivanjem koncentracija onečišćujućih tvari i promatranjem usklađenosti vrijednosti izmjerenih koncentracija normaliziranih pokazatelja s maksimalno dopuštenim koncentracijama (MPC). S razvojem kemijske industrije, sintezom novih spojeva i njihovom upotrebom u proizvodnji, popis kontroliranih onečišćujućih tvari u otpadnim vodama svakim se danom povećava. Danas, mnogi zagađivači različiti razlozi ne kontrolira se: za neke MDK nisu razvijeni, za druge nema odobrenih metoda za određivanje, a okoliš doživljava njihov utjecaj. Uslijed toga se saznaje da širok raspon spojevi, otrovne tvari u okolišu vode, zraka i tla nisu kontrolirani. Ali čak iu slučaju praćenja cjelokupnog spektra spojeva u okolišu na razini MPC, ne može se tvrditi da nema štetnog učinka na okoliš. Budući da informacije o fizikalnim i kemijskim pokazateljima u načelu ne dopuštaju izvođenje zaključka o kumulativnom utjecaju onečišćujućih tvari različite prirode na žive organizme i stupnju njihove opasnosti.

Za popunjavanje informativno-analitičkog vakuuma o kombiniranom učinku onečišćujućih tvari priznate su metode biotestiranja. Značajka informacija dobivenih uz pomoć metoda biotestiranja je cjelovita priroda odraza cjelokupnog skupa svojstava ispitnog okoliša sa stajališta njegove percepcije od strane živog objekta. I za razliku od fizikalno-kemijskih metoda, kojima se utvrđuje bruto sadržaj pojedine onečišćujuće tvari, biotest metode analize kakvoće vode omogućuju otkrivanje fiziološki aktivnih oblika spojeva koji djeluju na organizam. Tako, na primjer, nije moguće razviti MPC tvari za različite pH vrijednosti okoliša, naime, promjena pH okoliša povlači za sobom stvaranje drugih oblika spojeva, možda i toksičnijih. Ili je toksični učinak toksikanata pojačan u mekoj vodi nego u tvrdoj vodi. A složeni utjecaj zagađivača potpuno je nepredvidiv.

Proučeno je i identificirano nekoliko varijanti izloženosti toksikantima.

1. Antagonistički učinak toksikanata – možda takva kombinacija iona u čijoj će kombinaciji učinak toksičnosti biti manji.

2. Aditivni učinak – učinak toksičnosti zbroja toksikanata jednak je zbroju učinci toksičnosti.

3. Sinergijski učinak – nepotpuno zbrajanje učinaka toksičnosti.

4. Seizibilizacijski učinak - kombinacija toksikanata pojačava učinak toksičnosti.

Danas su biotest metode, kao nužna dopuna kemijskoj analizi, uključene u standard za kontrolu kakvoće voda za različite namjene.

Načelo biotestiranja svodi se na bilježenje promjena biomase, preživljavanja, plodnosti, kao i fizioloških ili biokemijskih parametara ispitivanog objekta u ispitivanoj okolini.

Trenutno se u svijetu koristi širok izbor testnih objekata: od jednostaničnih algi, mahovina i lišajeva, bakterija i protozoa do viših biljaka, riba i toplokrvnih životinja.

U Rusiji, u tijelima državne analitičke kontrole kvalitete vode, test dafnije preporučuje se kao glavni za praćenje toksičnosti otpadnih voda i obećava za procjenu razine toksičnog onečišćenja prirodnih voda. Test na dafnije je obavezan pri određivanju MDK pojedinih tvari u vodi ribarskih akumulacija.

Odabir testnog objekta određen je sljedećim: 1) ovaj rod kladocera je sveprisutan u slatkovodnim tijelima, važna je komponenta zooplanktona, služi kao izvor hrane za riblju mlađ; 2) lako se uzgaja u laboratorijskim uvjetima - ispitivanja zagađivača mogu se provoditi tijekom cijele godine; 3) definirajuća značajka je da su, po prirodi svoje prehrane, filtri i pumpaju velike količine vode, filtrirajući bakterije i mikroalge kao hranu, dakle, ako u vodi postoji otrov čak iu niskoj koncentraciji zbog volumena filtrirane vode, osjetljivost ispitnog objekta je visoka.

Metoda biotestiranja dafnija temelji se na određivanju promjena u preživljavanju i plodnosti dafnija kada su izložene toksičnim tvarima sadržanim u ispitivanoj vodi u usporedbi s kontrolom.

Dodijelite kratkoročno biotestiranje - do 96 sati. Omogućuje vam definiranje akutni toksični učinak ispitivane vode na dafnije u smislu njihovog preživljavanja. Indikator preživljenja je prosječan broj jedinki koje su preživjele u ispitivanoj ili kontrolnoj vodi određeno vrijeme. Kriterij za toksičnost je smrt 50% ili više Daphnia u vremenskom razdoblju do 96 sati. u ispitivanoj vodi u usporedbi s kontrolom.

Dugotrajno biotestiranje - 20 ili više dana - omogućuje vam određivanje kronično toksično učinak ispitivane vode na dafnije kako bi se smanjio njihov opstanak i plodnost. Indikator preživljenja je prosječan broj početnih ženki dafnije koje su preživjele tijekom biotestiranja, pokazatelj plodnosti je prosječan broj mlađi uklonjenih tijekom biotestiranja, u smislu jedne preživjele originalne ženke. Kriterij toksičnosti je značajna razlika u odnosu na kontrolu stope preživljavanja ili plodnosti Daphnia.

Gore je spomenuto veliki broj testnih objekata koji se koriste u biotestiranju, a to nije slučajnost. Činjenica je da različiti organizmi različito reagiraju na zagađivače. A zadatak nadležnih tijela za zaštitu okoliša je ispravno procijeniti situaciju i odabrati osjetljiviji objekt ispitivanja.

Primjer. Rezultati bioteetiranja postrojenja za otpadne vode,
sintetiziranje biološki aktivnih spojeva herbicidno
upute mogu biti različite ovisno o odabranom testu
objekt. Daphnia test može pokazati odsutnost toksičnih
izloženosti, a kultura algi može osjetiti otrov.
Zašto? Činjenica je da je navodni otrov, sintetiziran
herbicidi su inhibitori procesa fotosinteze u biljkama i
alge. Stoga se Daphnia može popraviti u kratkoročnom eksperimentu
odsutnost akutnih toksičnih učinaka i alge u slučaju
kvarovi fotosintetskog lanca će odmah reagirati
zagađenje.

Stoga se u sustavu kontrole kvalitete otpadnih voda preporučuju i alge: klorela i scepedesmus. Kriterij toksičnosti u biotestiranju s algama je značajno smanjenje broja stanica u ispitivanoj vodi u usporedbi s kontrolom.

Za brzo dobivanje informacija o kvaliteti vode koriste se ekspresne metode biotestiranja.

U Moskvi je uređaj Biotoke razvijen i proizvodi se u malim serijama. Biotoke uređaj je prijenosni bioluminometar,

omogućuje korištenje biosenzora "Ecolum", svjetleće bakterije, za brzo i objektivno određivanje indeksa opće toksičnosti uzoraka vode, uključujući metale, kemikalije za kućanstvo itd. Rezultati toksičnosti uzorka vode dobivaju se nakon 10 minuta.

U Sankt Peterburgu se proizvodi uređaj Biotester. Kao test objekt koriste se jednostanični mikroorganizmi - infuzorija cipela. Ova se metoda temelji na kemotaktičkom odgovoru organizama na zagađivač, tj. kretanje kulture u povoljnu zonu. Ova test reakcija - kemotaksija, vrlo je osjetljiva na toksikante određene skupine.

U Rusiji biotestiranje provode analitički laboratoriji nadležnih za zaštitu okoliša kako bi se utvrdilo toksičnost otpadnih voda(radi patološke promjene ili uginuća organizama zbog prisutnosti otrovnih tvari u njoj) pri ispuštanju u vodno tijelo, vode u kontrolnim i drugim mjestima korištenja voda radi provjere sukladnosti kakvoće vode s propisima:

Otpadne vode ispuštene u vodno tijelo ne bi smjele imati akutni toksični učinak, a voda na kontrolnim i drugim vodokorištenjima ne bi smjela imati kronični toksični učinak na ispitivane objekte.

U skladu s "Metodološkim vodičem za biotestiranje vode RD 118-02-90", biotestiranje je dodatna eksperimentalna tehnika za provjeru potrebe prilagođavanja MPD vrijednosti za integralni pokazatelj "toksičnost vode", što vam omogućuje da uzmete u obzir uzeti u obzir niz značajnih čimbenika: prisutnost otrovnih tvari u otpadnim vodama, neuračunatih pri utvrđivanju MPD, novonastalih spojeva, metabolita, različite vrste kemijske interakcije. Potreba za prilagodbom MPD vrijednosti javlja se ako se tijekom biotestiranja vode iz kontrolnog dijela vodnog tijela utvrdi odstupanje između njezine kvalitete i zahtijevanog standarda: voda u kontrolnom dijelu vodnog tijela ne bi trebala imaju kronični toksični učinak na ispitivane objekte (daphnia i ceroidafnia).

Za procjenu bakterijske kontaminacije koriste se sanitarno-bakteriološki i hidrobiološki pokazatelji.

Mikropopulacija prirodnih voda izrazito je raznolika. Njegov kvalitativni i kvantitativni sastav određen je prvenstveno sastavom vode. Za duboke, vrlo čiste arteške vode karakteristična je gotovo potpuna odsutnost bakterija zbog zaštite vodonosnika od kontakta s horizontima koji leže iznad.

Značajka sastava vode otvorenih akumulacija je njezina promjena u godišnjim dobima: popraćena promjenama u broju i raznolikosti vrsta mikropopulacija. Bakterijska kontaminacija površinskih izvora uglavnom je posljedica ulaska u vodna tijela površinskog otjecanja koje sadrži organske, mineralne tvari i mikroorganizme isprane iz slivnog područja, te otpadne vode.

Sa stajališta sanitarne mikrobiologije provodi se procjena kakvoće vode
kako bi se utvrdila njegova sanitarna i epidemiološka opasnost odn
sigurnost za ljudsko zdravlje. Voda igra važnu ulogu u prijenosu
uzročnici mnogih infekcija; uglavnom crijevni. Jer kroz vodu
trbušni tifus, dizenterija, kolera,
zarazni hepatitis itd.

Izravno kvantitativno određivanje uzročnika svih infekcija za kontrolu kakvoće vode nije izvedivo zbog raznolikosti njihovih vrsta i složenosti analize. Stoga se u praktičnoj sanitarnoj mikrobiologiji neizravnim metodama utvrđuje mogućnost onečišćenja vode patogenim mikroorganizmima.

Sanitarna i bakteriološka procjena kakvoće vode temelji se na definiciji dva glavna pokazatelja; mikrobni broj i broj bakterija CoH skupine.

Prvi pokazatelj će dati ideju o ukupnoj kontaminaciji vode aerobnim saprofitima, stoga se često naziva ukupni broj aerobnih saprofita ili (ukratko) ukupni broj. Mikrobna brojka se utvrđuje metodom inokulacije na standardnu ​​podlogu - mesno-peptonski agar (MPL).

Aerobni saprofiti čine samo dio ukupnog broja mikroba u vodi, ali su važan sanitarni pokazatelj kakvoće vode, budući da postoji izravna veza između stupnja onečišćenja organskim tvarima i mikrobnog broja. Osim toga, vjeruje se da je veća vjerojatnost prisutnosti patogenih mikroorganizama u vodi što je broj mikroba veći. Mikrobni broj vode iz slavine ne smije biti veći od 100. U prirodnim vodama ovaj pokazatelj varira u vrlo širokom rasponu za različite rezervoare i za godišnja doba istog rezervoara. U čistim vodnim tijelima broj aerobnih saprofita može biti u desecima ili stotinama, dok u onečišćenim i prljavim vodnim tijelima može iznositi desetke tisuća i milijune.

Prema drugom pokazatelju - broju bakterija CoH skupine (E. coli) procjenjuje se eventualna prisutnost patogenih mikroorganizama u vodi.

Bakterije skupine CoH pripadaju obitelji Enterobacteriaceae. To su štapići bez spora, fakultativni anaerobi koji fermentiraju laktozu i glukozu na temperaturi od 37 °C uz stvaranje kiseline i plina i nemaju aktivnost oksidaze. Oni su stalni sustanari crijeva ljudi i životinja: stalno i u veliki brojevi ispušteni u okoliš; duže nego što patogeni mikroorganizmi ostaju održivi u ovom okruženju; su otporniji na klor od uzročnika većine infekcija. Upravo ta svojstva bakterija skupine CoI odredila su mogućnost njihove uporabe kao sanitarno indikativnih mikroorganizama. Prisutnost koliforma u vodi ukazuje na njezinu fekalnu kontaminaciju, a njihov broj omogućuje procjenu stupnja te kontaminacije. Za kvantitativno određivanje koliforma koristi se fuksin-sulfit agar (Endo medij).

Analiza vode iz slavine i čiste prirodne vode provodi se nakon predkoncentriranja vode na membranskim filtrima.

Rezultati se izražavaju kao coli indeks - broj bakterija u 1 litri vode.

Ponekad se radi ponovni izračun određivanjem koli-titra - najmanjeg volumena vode (u ml) koji sadrži jednu Escherichiu coli. If-titar = 1000/if-indeks.

Ako indeks vode iz slavine ne smije biti veći od 3. Dopušteni indeks ako vode iz izvora vodoopskrbe ovisi o predloženoj metodi pročišćavanja. Ako se planira samo kloriranje vode, tada indeks vode u izvoru ne smije biti veći od 1000 uz potpuno pročišćavanje vode - 10000.

Pod posebnim uvjetima, prema sanitarnim i epidemiološkim pokazateljima, pribjegavaju se određivanju enterokoka, enterovirusa salmonele u vodi i provode ispitivanja vode na patogenu mikrofloru.

Površinski izvori vodoopskrbe, osim sanitarnim i bakteriološkim ispitivanjima, karakteriziraju se i podacima hidrobioloških motrenja. Mikroskopiranjem uzorka vode utvrđuje se broj stanica fito- i zooplanktona. Ti se pokazatelji značajno mijenjaju s godišnjim dobima - kako u pogledu broja organizama, tako i njihove raznolikosti vrsta.

U proljetno-ljetnom razdoblju intenzivnog razvoja algi (cvjetanje akumulacije), sadržaj fitoplanktona u površinskim vodama može doseći 50 tisuća stanica po 1 ml. Ljeti je zooplankton vrlo raznolik, a predstavljen je nižim rakovima, rotatorima i ličinkama mekušaca. U vodi se mogu pojaviti i bentoski organizmi: crvi, ličinke insekata. Zimi se u vodi nalaze uglavnom niži rakovi. Brojnost organizama zooplanktona obično se izražava kao broj jedinki u 1 m3 vode. U vodi izvora nalaze se i organizmi vidljivi golim okom. Njihov broj procjenjuje se brojem primjeraka u 1 m3. Za rijeke srednjeg pojasa europskog dijela naše zemlje koncentracija zooplanktona iznosi 100-10 000 jedinki. u 1 m vode. Obično su nekoliko puta manji od organizama zooplanktona.

U piti vodu Planktonski organizmi, kao i organizmi vidljivi golim okom, trebaju biti odsutni.