Biotestovanie je metóda na hodnotenie kvality životného prostredia (toxicity látok) pomocou experimentov s testovacími objektmi, pričom určitý počet (zvyčajne 10) testovacích objektov sa umiestni do prírodných vzoriek vody a po expirácii. Istý čas porovnávajú s kontrolou.(na príklade dafnie: stanovenie akútnej toxicity trvá 4 dni, pri chronickej 20-24 dní.) Vzorka spodných sedimentov sa vysuší, urobí sa extrakt, potom všetko nasleduje schému s dafniou

Biotestovanie pri hodnotení toxicity odpadových vôd

Pri testovaní odpadových vôd na toxicitu nie je dovolené odoberať jednu vzorku, počet požadovaných porcií sa volí na základe skúseností s vykonávaním rozboru (podľa metodických pokynov a GOST) vzorky sa odoberajú spravidla každú hodinu počas dňa, potom všetko sa dôkladne premieša a odoberie sa potrebné množstvo vody na biotestovanie .vzorky odobraté na štúdie toxicity sa nedajú uchovať. A tu je všetko ako v otázke 1: dva tégliky s testovacou vodou a kontrola

Biologické testy pri hodnotení toxicity chemických látok. Indikátory toxicity (LC50, LD50 atď.)

Toxicita chemikálií je určená letálnou dávkou (pre teplokrvné testované objekty) a letálnou koncentráciou (pre vodné). LC50 (letná konc.) je koncentrácia v Ba, ktorá spôsobí smrť 50% testovacích organizmov v stanovenom čase.Ako testovacie objekty sa používajú aj riasy, u ktorých je nemožné určiť LC50, preto indikátor IC50 (inhibičný koncentrácia je spomalenie rastu plodín).Na stanovenie toxicity chemickej látky sa riedi vo vode v pomere 1/10,1/100,1/1000. Odoberte 2 vzorky (poháre) a kontrolu. Po uplynutí stanoveného času porovnajte vzorky s kontrolou, vyberte koncentráciu látky pre presné stanovenie LC50

Testovacie organizmy používané pri biotestovaní. Kritériá na výber testovacích organizmov

Skúšobný objekt - organizmus používaný pri hodnotení toxicity látok, spodných sedimentov, vôd a pôd.Špeciálne sa pestuje v r. laboratórne podmienky organizmus, rôzna systematická príslušnosť (potkany, riasy, prvoky, ryby) Požiadavky na ne: geneticky homogénne (čisté línie), prispôsobené laboratórnym podmienkam, v ideálnom prípade by reakcia nemala závisieť od sezónnych a denných cyklov Stanoví sa súbor testovacích objektov metódami

Testovacie funkcie

Testovacia funkcia je kritérium toxicity používané pri biotestovaní na charakterizáciu reakcie testovaného objektu na škodlivý (negatívny) vplyv prostredia. Napríklad: úmrtnosť/prežitie (zvyčajne sa používa pre prvoky, hmyz, kôrovce, ryby), plodnosť/počet potomkov, čas ich výskytu, výskyt abnormálnych odchýlok. pre rastliny - rýchlosť klíčenia semien, dĺžka primárnych koreňov atď.

Hlavné kritériá hodnotenia toxicity na základe výsledkov biotestov

Toxický účinok - zmena akýchkoľvek životných funkcií pod vplyvom toxických látok závisí od vlastností látky. Po smrti vo vzorke<10% от контроля можно говорить о том,что среда не токсична.10-50% - среда безвредна.>50% - prostredie je toxické

Výber, preprava vzoriek, príprava na biotestovanie

Aby sa získali spoľahlivé informácie o toxických vlastnostiach vzorky, musí sa správne odobrať a uskladniť až do vykonania testu Pomocou mapy alebo diagramu rieky sa vyberú miesta odberu (stanice). Pre presnejšie posúdenie kvality vody sa na každej stanici odoberá niekoľko vzoriek. Vzorka sa vyžmýka a prenesie do plastovej nádoby Biotestovanie vzoriek vody sa vykonáva najneskôr do 6 hodín po ich odbere Pri dlhodobej preprave vzorky je možné znížiť jej teplotu na +4 st.

Vlastnosti akútnych a chronických biotestovacích experimentov

test akútnej toxicity sa vyjadruje smrťou organizmov za určitý čas (niekoľko sekúnd alebo niekoľko dní) chronická toxicita sa prejavuje až po niekoľkých dňoch a spravidla nevedie k rýchlej smrti organizmu; prejavuje sa porušením životných funkcií, výskytom toxikózy

Pri hodnotení environmentálnej situácie je potrebné brať do úvahy toxicitu tak analyzovaných skupín škodlivín, ako aj produktov ich metabolizmu. Niektoré škodliviny v prírodnom prostredí pod vplyvom ultrafialového žiarenia, pri zmene acidobázických podmienok a pod., môžu vytvárať látky, ktoré sú toxickejšie ako pôvodné. Navyše je to často mimo analytické štúdie V dôsledku vedeckých a metodologických ťažkostí štúdia pretrváva kombinovaný účinok znečisťujúcich látok, ktorý sa prejavuje aditivitou, potenciáciou a inhibíciou účinku. V tomto smere je okrem bežných metód chemickej analytickej kontroly používaných pri riešení problémov identifikácie zdrojov znečistenia, hodnotenia kvality životného prostredia či monitorovania životného prostredia efektívne využitie biotestovacích metód.

Biotestovanie je metóda zisťovania miery toxických účinkov fyzikálnych, chemických a biologických faktorov prostredia, ktoré sú potenciálne nebezpečné pre živé organizmy v danom ekosystéme. Biotestovanie sa vykonáva experimentálne v laboratóriu alebo v prírodných podmienkach biologickým zaznamenávaním zmien významné ukazovateleštudované prírodné alebo prírodno-technogénne objekty s následným hodnotením ich stavu v súlade s vybranými kritériami toxicity. Biotestovanie je v podstate stanovenie toxicity vzorky (vody, pôdy, spodných sedimentov atď.) pre danú kultúru organizmov v experimentálnych podmienkach.

Testovanými objektmi (organizmami) môžu byť baktérie, kvasinky, prvoky, riasy, pijavice, mäkkýše, ryby atď. Okrem toho, spolu s celými organizmami, jednotlivé orgány, tkanivá alebo bunky. Biotest sa používa na stanovenie všeobecnej toxicity, mutagenity a karcinogenity. V prvom prípade sa zaznamenávajú ukazovatele smrti organizmov, morfologické poruchy, morfofunkčné zmeny a odchýlky v ich správaní a motorickej aktivite. Štúdium mutagenity a kaicerogenity sa vykonáva prostredníctvom krátkodobých testov na fixáciu chromozomálneho poškodenia, génových mutácií a poškodenia DNA s hodnotením nebezpečenstva látky. Metóda biotestovania sa niekedy považuje za alternatívu k systému maximálnych prípustných koncentrácií znečisťujúcich látok v rôznych zložkách životného prostredia, čo je podľa viacerých výskumníkov (Opekunov, 2014) vo svojej vedeckej a metodologickej podstate málo opodstatnené.

Vplyv na testovaný objekt možno vykonať simuláciou všetkých možné spôsoby vstup škodlivých látok do tela. Hlavnými testovanými médiami sú voda a menej často atmosférický vzduch. Je tiež možné študovať nepriamy vplyv pevných zložiek životného prostredia na testovaný objekt: pôdy, mliečne sedimenty, pôdu. V tomto prípade sa používajú pórové vody týchto médií alebo vodné extrakty z nich, získané pomocou všeobecne uznávaných metód. Okrem toho je možné vykonať biotesty vo fáze suspendovaných častíc. Hlavným predmetom aplikácie biotestovacích metód však stále zostáva odpadová voda a prírodná voda.

IN posledné roky Biotestovacie metódy sa aktívne využívajú pri hodnotení kvality morského prostredia. Je to spôsobené predovšetkým rozsiahlym rozvojom zdrojov ropy a uhľovodíkov na kontinentálnom šelfe a kontinentálnom svahu Svetového oceánu. Testy sú zamerané na hodnotenie kvality morského prostredia, ako aj toxicity priemyselných a vrtných vôd a vrtných úlomkov. Najťažším problémom testovania morského prostredia zároveň zostáva výber testovacích objektov, ktoré v už zavedenej praxi biologickej kontroly predstavujú najmä sladkovodné formy organizmov. Preto sa v súčasnosti pri biotestovaní morského prostredia uprednostňujú druhy, ktoré tieto vody prirodzene obývajú.

Technika biotestovania je založená na porovnávaní testovacích vzoriek s kontrolnými vzorkami počas určitého časového obdobia. V tomto prípade experimentálne biotestovanie (až niekoľko hodín), hodnotenie akútnych toxických účinkov (do 1-3 dní od expozície), chronických toxických účinkov (po 7-10 dňoch expozície), ako aj predpoveď dlhodobého následky (po 2-3 týždňoch expozície) môžu byť vykonané). Celkovo bolo doteraz vypracovaných viac ako 50 noriem.

Najčastejšie používaným testovacím objektom je kôrovec Daphnia tadpa, ktorý sa používa na kontrolu toxicity odpadových vôd a identifikáciu zdrojov znečistenia. Testy na behaviorálne a fyziologické reakcie rýb (testovacia metóda rýb), najmä na reakcie rýb opúšťajúcich nebezpečnú zónu, boli široko testované. Zmeny environmentálnej toxicity sa tiež používajú ako indikátory environmentálnej toxicity. motorickú funkciu pijavice, zatváracia reakcia chlopní mäkkýšov, rýchlosť spotreby kyslíka holotúriami atď.

Na stanovenie toxicity prírodných sladkých vôd a mliečnych sedimentov, odpadových vôd a odpadových vrtných kvapalín Ministerstvo prírodných zdrojov Ruskej federácie (2002) odporúča použitie biotestovacích metód na zníženie úrovne bioluminiscencie baktérií. Photobacterium phosphoreum, zníženie nárastu počtu nálevníkov Tetrahymena pyriformis, inhibícia rastu sladkovodných rias Scenedesmus quadricauda, smrť kôrovcov Daphnia tadpa A Ceriodaphnia affinis, prežitie a plodnosť kôrovcov Ceriodaphnia affinis,úhyny rýb guppy Poecillia reticulata.

Hodnotenie toxicity morských vôd a sedimentov na dne, odpadových vôd s rôznym stupňom slanosti a použitých vrtných výplachov vypúšťaných do morských vôd odporúča Ministerstvo prírodných zdrojov Ruskej federácie pomocou biotestovacích techník na inhibíciu rastu jednobunkových rias. Phaeodactilum tricomutum, úhyn kôrovcov Artemia salina a ryby Poecillia reticulata, zníženie úrovne bioluminiscencie baktérií Photobacterium phosphoreum.

Fluorescenčná analýza rias a vyšších rastlín sa používa v mnohých biologických testovacích systémoch používaných v ekotoxikológii. Intenzitou fluorescencie excitovanej konštantným svetlom je možné určiť koncentráciu chlorofylu v morskej vode pri nízkych hodnotách (do 0,05 mg/m 3 chlorofylu A). Zmeny fluorescencie s rôznou intenzitou excitácie môžu slúžiť ako indikátor fotosymptickej aktivity a fyziologický stav fotosyntetické organizmy. Technika merania abundancie a indikácie zmien stavu fytoplanktónu v prírodných vodách pomocou fluorescenčnej metódy (FR.1.39.2011.11246, PNDF 14.2.268-2012) je schválená na účely štátnej environmentálnej kontroly v časti „Kvantitatívna chemická analýza vôd“ (Kotelevtsev et al., 2012). Vo všeobecnosti nám metóda umožňuje poskytnúť ucelené hodnotenie kvality prírodnej vody, keďže zmeny fotosyntetickej aktivity môžu byť spôsobené tak jej znečistením, ako aj nepriaznivými environmentálnymi faktormi, ako napr. teplo a slanosť, nedostatok prvkov minerálnej výživy atď. (Melekhova, 2007; Kuznetsova et al., 2011). V modernej praxi sa široko používajú štandardizované metódy biotestovania toxicity vzoriek povrchových sladkých, podzemných vôd, pitných vôd, odpadových vôd, vodných extraktov z pôdy, splaškových kalov a odpadov na sladkovodných zelených mikroriasach rodu Chlorella A Scenedesmus, pestované podľa všeobecne uznávaných metód. Hlavnými indikátormi toxických účinkov sú rast a prežívanie kultúry, zmeny úrovne fluorescencie chlorofylu a počet buniek rias (K). S. Grigoriev // PND F T 14,1:2:4,10-04, M.2004 FR. 1.39.2007.03223; N.S. Zhmur, T. L. Orlová // FR.1.39.2007.03223/2007 atď.). IN V poslednej dobe Objavili sa práce na biotestovaní vplyvu nanočastíc na ekosystémy (obr. 26). Riasy sa považujú za sľubné objekty na testovanie nanomateriálov, v ktorých sa ako biosenzory toxikologických účinkov študovala inhibícia rastu, zmeny v morfológii buniek a fluorescencia (Kotelevtsev et al., 2012). Napríklad bol objavený vplyv nanočastíc striebra, nanorúrok, nanodiamantov a nanokompozitov na fluorescenciu rias Chlorella vulgaris A Chlamydomonas reinhardtii(Matorin a kol., 2009).

Pre komplexné environmentálne monitorovanie zmien morského prostredia v oblastiach morského rozvoja ropné a plynové polia S. A. Patin (1997) navrhuje použiť testovacie reakcie baktérií, prvokov Stylonichia mytilis, Tintinnop-

Ryža. 26.

sis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera, jednobunkové riasy Coscinodiscus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella, makrofyty , zooplanktón Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina, ryby Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus maximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts a makrobentos a ďalšie (tabuľka 10).

Na stanovenie toxicity technogénne kontaminovaných pôd sa široko používajú merania klíčivosti semien a dĺžky koreňov sadeníc vyšších rastlín (RD 52.18.344-93, ISO 11269 atď.). Na tento účel sa skúmajú najmä semená ovsa. Ovena sativa(Metodika Petrohradského výskumného centra pre elektrickú biológiu RAS, FR. 1.39.2006.02264), reďkovka Raphanus sativus(Nechaeva et al., 2010; Voronina, 2013), žerucha Lepidium sativum(Eremchenko, 2013; Seifert a kol., 2013; Maistrenko a kol., 2013), hrach Pisum sativum(Kryatov et al., 2013), horčica Brassica juncea L. (Lisovitskaya, 2013), Borovica lesná Pinus sylvestris(Freiberg a kol., 2002; Stetsenko, 2004) atď.

Na posúdenie odolnosti rastlín voči vysokým hladinám ťažkých kovov v prostredí bola v laboratóriu ekológie rastlinných spoločenstiev Botanického ústavu Akadémie vied ZSSR (Alekseeva-Popova, 1985) vyvinutá modifikácia metódy testovania koreňov. , 1991). Vďaka svojej jednoduchosti a účinnosti (expresívnosti) a pomerne vysokej citlivosti je najpoužívanejší vo vegetačných experimentoch. Ide o expresnú metódu zisťovania stability predmetov na sadeniciach počas Tabuľka 10. Odporúčané skupiny a druhy morských organizmov a ich testovacie reakcie na použitie pri biotestovaní v integrovaných environmentálnych systémoch

monitorovanie (Patin, 1997)

Skupina a typ testovacích organizmov	Testované prostredie	Testovacia reakcia a indikátor
Heterotrofný mikroplanktón, baktérie	Voda, povrchová mikrovrstva s hrúbkou asi 1 mm (SML)	Zmeny v dynamike MIC, druhová dominancia, rýchlosť deštrukcie substrátov, mutagénna aktivita
prvoky ( Stylonichia mytilis, Tintinnopsis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera)	Spodné sedimenty, norové vody, eluáty, kaly, odpadové vody	Znížené prežívanie, zmeny v rýchlosti reprodukcie a rastu, abnormálna motilita a morfológia
Jednobunkové riasy, regionálne dominanty ( Coscinodiscus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella atď.)	Voda, odpad	Zmeny v rýchlosti delenia a počtu buniek, poruchy intenzity fotosyntézy a fluorescencie, anomálie zloženie pigmentu atď.
Makrofyty ( Laminaria, Macrocystis pyrifera atď.)	Voda, odpad	Zmeny rýchlosti rastu, poruchy sedimentácie zoospór, morfologické a elektrofyziologické abnormality
Filtráty zooplanktónu ( Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina atď.)	Voda, PMS, odpadová voda	Znížené prežitie a plodnosť, zhoršená reprodukcia, správanie a trofická aktivita, morfologické a iné anomálie
Ryby (poter, larvy, mláďatá) ( Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus maximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts atď.)	Voda, PMS, odpadová voda	Zvýšená úmrtnosť a frekvencia morfologických abnormalít, porúch výživy, rastu, dýchania, správania, fyziologických a iných ukazovateľov
Macrobentos (dospelé embryá, larvy) ( Mytilus edulis, Crassostrea gigans, Macoma, Echinocardium, Arenicola atď.)	Voda, PMS, spodné sedimenty, odpadové vody, kal	Znížené prežívanie, zhoršená reprodukcia, spomalený rast, behaviorálne, fyziologické a iné odchýlky od normy

2-3 týždne: zloženie kontrolného roztoku umožňuje pestovať rastliny rôznych taxónov a testovať široké spektrum koncentrácií kovov. V podmienkach jedného experimentu je možné posúdiť špecifickosť pôsobenia jednotlivých kovov, ako aj porovnať stabilitu odlišné typy a populácie toho istého druhu na konkrétny kov. Pod vplyvom toxických koncentrácií ťažkých kovov sa pozoruje inhibícia rastových procesov. Pokles rastu koreňov koreluje s koncentráciou kovov a reakcia koreňov sa zreteľne prejavuje už pri miernom zvýšení dávky kovu. Pomocou metódy koreňového testu boli zistené inter- a vnútrodruhové rozdiely v odolnosti voči Cu, Ni, Mn, Zn, Pb a CC1 rastlín rôznych systematických taxónov (obilniny čeľ. Roaseae- pšenica, ovos, jačmeň; dvojklíčnolistové - fam. strukoviny Fabaceae rodina krížový Brassicaceae, sem. Asteraceae Asteraceae, sem. Lamiaceae Lamiaceae atď.). Výsledky laboratórny výskum nám dovoľujú odporučiť metódu testovania koreňov na izoláciu kovov odolných populácií druhov vhodných na pestovanie na poľnohospodárskej pôde v kontaminovaných podmienkach, ako aj na rekultiváciu narušených pozemkov.

Biotestovanie je oveľa rýchlejší spôsob hodnotenia kvality vody v porovnaní s tradičnými prístupmi k monitorovaniu životného prostredia. Táto metóda je lacnejšia a jej metódy a výsledky sú zrozumiteľnejšie aj pre neodborníka. Biotestovacie metódy sa neustále zdokonaľujú, navrhujú sa nové prístupy a zariadenia na vykonávanie experimentov, vykonáva sa ich certifikácia a patentovanie (Grigoriev, Shashkova, 2006; Zhmur, 2007; Zhmur, Orlova, 2007; Mayachkina, Chugunova, 2009; Maltseva, Okhapkina , 2010; Grigoriev, Tyutkova, 2011; Bardina a kol., 2013; Grigoriev, 2013 atď.).

V súčasnosti sa v Rusku aj v zahraničí intenzívne rozvíja výskum na vytvorenie prostriedkov na automatickú kontrolu znečistenia vôd v reálnom čase. Najsľubnejšie sú v tomto smere metódy založené na meraní reakcií fyziologických a behaviorálnych biomarkerov (Kurilenko, 2004; Karmazinov a kol., 2007; Kholodkevich a kol., 2006, 2011 atď.). Najčastejšie používané metódy na zaznamenávanie srdcovej aktivity bentických bezstavovcov s tvrdým vonkajším obalom, ako sú raky, kraby a mäkkýše. V každej konkrétnej vodnej oblasti môžu ako „cieľový druh“ pôsobiť rôzni zástupcovia bentických spoločenstiev. Napríklad v súčasnosti sa na všetkých odberoch vody vodárenských staníc v Petrohrade používa biologické monitorovacie zariadenie kvality vody vyvinuté v Petrohrade Výskumným centrom pre ekologickú ekonomiku Ruskej akadémie vied, ktoré vykonáva v r. stanovenie toxicity vody pochádzajúcej z rieky Neva v reálnom čase. Srdcová frekvencia a index stresu sa používajú ako biomarkery - jedna z najdôležitejších charakteristík variačnej pulzometrie. Kontinuita a nepretržité meranie týchto fyziologických parametrov je zabezpečené pomocou špeciálnych prietokových akváriových systémov obsahujúcich tri páry rakov. Pontastacus leptodactylus Esch.

Vo všeobecnosti pri hodnotení úrovne environmentálnej toxicity má biotestovacia metóda ako doplnkový chemicko-analytický komplex množstvo nepochybných výhod:

• 1) testovaný objekt spravidla reaguje na relatívne slabé antropogénne zaťaženie vplyvom kumulácie dávky škodlivých účinkov;
• 2) test sumarizuje účinok všetkých biologicky škodlivých antropogénnych faktorov bez výnimky vrátane fyzikálnych a chemických vplyvov;
• 3) podľa výsledkov testov sa celkom spoľahlivo odhaľujú trendy v zmenách situácie v životnom prostredí.

Zistilo sa však aj množstvo ťažkostí pri aplikácii diskutovanej metódy. Významným problémom využívania jednoduchých organizmov je ich neporovnateľnosť s mnohobunkovými organizmami, ktorých reakcia na rovnaké zmeny vo vodnom prostredí môže byť rôzna. Napríklad u nálevníkov sa reakcia na ťažké kovy pozoruje už pri koncentráciách o niekoľko rádov nižších, ako je maximálna prípustná koncentrácia vo vode. Čo sa týka biogénnych zlúčenín, opak je pravdou: reakcia sa prejavuje pri koncentráciách o niekoľko rádov vyšších ako je maximálna prípustná koncentrácia. Okrem toho nevýhodou metódy je nízka spoľahlivosť, obtiažnosť interpretácie výsledkov a ich prenos z jedného typu na druhý a chýbajúce vyvinuté hodnotiace škály. To všetko značne komplikuje proces štandardizácie metódy, bez ktorej je takmer nemožné odladiť samotný mechanizmus riadenia štátneho testu.

Aby sa predišlo aspoň niektorým z vymenovaných ťažkostí, odborníci v posledných rokoch navrhli nové vedecké a metodologické prístupy k výberu testovacích organizmov na základe evolučných, fyziologických, psycho-behaviorálnych a iných charakteristík (Zaitseva, Kovalev, 1994). Podstatou týchto návrhov je zohľadniť hlavné črty adaptačných procesov a údaje o citlivosti a odolnosti testovacích organizmov, zaviesť prvky otologickej analýzy do praxe biotestovania, ako aj správne určiť načasovanie testovania. Podľa uvedených kritérií sú najvhodnejšie hydrobioity bezstavovcov (kôrovce a ulitníky), ktoré majú pomerne vysokú organizačnú úroveň. V súvislosti s testovaním mliečnych sedimentov sa ako testovacie objekty odporúčajú bezstavovce na dne (Gudimov, Gudimova, 2002). Vhodnosť simultánneho celkové posúdenie testovanie toxicity vody na znečisťujúce látky. V tomto prípade sa dá využiť schopnosť niektorých organizmov reagovať na špecifické škodliviny. Je potrebné vynaložiť vážne úsilie na vývoj jednotných škál pre biologické hodnotenie toxicity médií.

Okrem toho je pri vykonávaní biologických testov na pevných zložkách potrebné vziať do úvahy niekoľko aspektov. Po prvé, výsledky stanovenia toxicity pôd a vodných extraktov z nich pomocou biotestovania sa v niektorých prípadoch môžu výrazne líšiť (Bakina et al., 2004; Mayachkina, Chugunova, 2009). Napríklad toxicita pôd, stanovená metódou klíčenia semien vyšších rastlín priamo v pôde, je vyššia ako toxicita vodných extraktov z rovnakých pôd, stanovená pomocou testovacích objektov tradičných pre vodnú toxikológiu. Rozdiel vo výsledkoch je obzvlášť veľký, keď sú pôdy kontaminované toxickými látkami, ktoré sú zle rozpustné vo vode, napríklad peftio alebo produkty hydrolýzy horčice. Po druhé, pri určovaní stupňa toxicity pôdy pomocou biotestovacích metód veľký význam má citlivosť experimentálnych organizmov na toxické látky. Najsprávnejší výsledok sa dosiahne pri použití viacerých testovacích objektov z rôznych systematických skupín. Regulačné dokumenty odporúčajú použitie aspoň dvoch testovacích organizmov. Vo vedeckej literatúre bol publikovaný vývoj týkajúci sa vytvorenia testovacieho systému pozostávajúceho z troch až štyroch zástupcov živočíšneho a rastlinného sveta. Takže napríklad zástupcovia troch trofické úrovne: výrobcovia - Triticum vulgare L koisumeitov - Daphnia magna Straus, Paramecium caudatum; rozkladačmi sú pôdne mikroorganizmy (Bardina et al., 2013; Kapelkiia et al., 2013). Je orientačné vykonať biotestovanie napríklad na akváriových rybách, gupkách, mäkkýšoch a dafniách, alebo použiť systém Paramecium caudatum - Chlorella vulgaris - Escherichia coli. Používajú sa tieto kritériá: v prípade úhynu 50% jedincov jedného organizmu je voda hodnotená ako mierne toxická, v prípade úhynu 50% jedincov všetkých testovaných druhov - ako vysoko toxická .

Overenie súboru bioindikačných metód na hodnotenie stavu životného prostredia je možné realizovať jednak v laboratóriu v podmienkach kontrolovaného experimentu, jednak s využitím rôznych štatistických techník na posúdenie spoľahlivosti vzťahu medzi indikátorom a objektom indikácie. Patria sem regresné, faktorové a zhlukové analýzy. Výber metódy závisí od konkrétnych úloh a rozsahu indikátorového hodnotenia územia.

V súčasnosti sa teda vyvinulo veľké množstvo bioremediačných metód a techník, ktoré sa široko používajú v praxi monitorovania životného prostredia. Fytoindikačná metóda umožňuje posúdiť komplexný antropogénny vplyv a jeho environmentálne dôsledky v prírodne a technogénne narušených krajinách. Je nevyhnutný pri vykonávaní prieskumov v ťažko dostupných oblastiach a tam, kde nie sú monitorovacie stanovištia. V závislosti od intenzity antropogénneho zaťaženia sa mení súbor fytoindikačných metód. Fyziologické a biochemické charakteristiky indikačných druhov umožňujú identifikovať poruchy v skorých štádiách antropogénneho vplyvu na ekosystémy. Morfologická analýza a použitie testovacích objektov sa odporúča vo všetkých typoch ekosystémov na získanie hodnotenia komplexných antropogénnych vplyvov. Použitie testovacích objektov v experimentálnych podmienkach umožňuje stanoviť kvantitatívne vzťahy v systéme „dávka-účinok“. Pre rýchle hodnotenie ekologického stavu priemyselných regiónov s rôznym stupňom narušených podmienok je perspektívne využitie rôznych fytoindikačných metód. Floristické a fytoceiotické metódy možno použiť v oblastiach prírodných geochemických anomálií a v slabo narušených prírodných ekosystémoch. Morfologická analýza a použitie testovacích objektov sa odporúčajú vo všetkých typoch ekosystémov na získanie kvalitatívneho hodnotenia komplexného antropogénneho vplyvu. Na kvantitatívnu charakterizáciu a identifikáciu zdroja znečistenia by súbor metód mal zahŕňať analýzu obsahu znečisťujúcich látok.

V mierne narušených prírodných ekosystémoch pod vplyvom miestnych zdrojov znečistenia je fytozavlažovanie zamerané na kontrolu jedného alebo viacerých hlavných faktorov antropogénneho vplyvu. V závislosti od charakteru zdroja znečistenia sa bude meniť systém odporúčaných spôsobov fytozávlahy. Keďže v týchto podmienkach dominuje prirodzený spôsob fungovania ekosystémov, potom napríklad pri monitorovaní emisií do ovzdušia, indikácii lišajníkov, dendroindikácii, porovnávacej analýze bioproduktivity prírodných a narušených území a sledovaní zmien chemické zloženie zložky ekosystémov. Štúdium epifytného pokryvu lišajníkov možno odporučiť na implementáciu do praxe monitorovacích prác, keďže metodika počíta s možnosťou zohľadnenia tak celej druhovej diverzity a početnosti lišajníkov, ako aj celkového projektívneho pokryvu epifytného pokryvu ako celý. Ten si nevyžaduje hlboké znalosti lichenológie a môže ho použiť široká škála špecialistov.

V prípade deštruktívnych antropogénnych zmien krajiny, vrátane odlesňovania, meliorácií, rekreačných a pasienkových digresií a pod., sa najväčší efekt dosahuje floristickým prístupom (zmeny v druhovom zložení fytocenóz, výskyt alebo zánik indikačných druhov) v r. v kombinácii s analýzou zmien bioproduktivity. Stav fytoceióz možno posúdiť tradičnými spôsobmi zúčtovanie biomasy metódami odrezkov a transektov, výškou trávneho porastu alebo indikačných druhov rastlín a ročným lineárnym a radiálnym prírastkom stromov. Zmena chemického zloženia rastlín je v tomto prípade menej špecifická a nie je povinná.

IN ekosystémov v oblastiach technogénnych anomálií Transformácia PTC je taká veľká, že za týchto podmienok nie je možné použiť fytocenotické a lišajníky indikujúce techniky. Na posúdenie priestorovej diferenciácie územia podľa stupňa znečistenia je potrebné vybrať jeden alebo dva (vzájomne zameniteľné) indikačné druhy, ktoré sú v skúmanom území všadeprítomné. Antropogénny vplyv, sprevádzaný znečistením zložiek ekosystému, vedie spolu so zmenami v chemickom zložení rastlín k inhibícii životných funkcií a všetkým druhom porúch priebehu fyziologických procesov, predovšetkým fotosyntetickej činnosti. Citlivým ukazovateľom je pomer obsahov chlorofylu A a 6, takéto štúdie si však vyžadujú pomerne dobre vybavené laboratórium a určitú odbornú prípravu odborníkov. Pri vykonávaní veľkoplošných monitorovacích prác je vhodnejšie použiť šupiny chlorózy a nekrózy listov, ako aj vek ihličia jednotlivých stromov alebo kríkov. Štúdium variability v spektrálnych reflexných vlastnostiach fotosyntetických orgánov je sľubné pre rýchle hodnotenie antropogénnych vplyvov.

Osobitný význam má výber bioindikačných metód na hodnotenie mestských oblastí - mestské ekosystémy. Najväčšie napätie v environmentálnej situácii je pozorované vo veľkých priemyselných mestských aglomeráciách. Rastliny ako hlavné akumulátory toxických zlúčenín v mestskom prostredí zohrávajú dôležitú úlohu pri jeho zlepšovaní, pričom pociťujú vplyv škodlivín, ktoré inhibujú ich životné funkcie. Akumulácia znečisťujúcich látok v rastlinách odráža úroveň znečistenia atmosféry a pôdy mestských ekosystémov. Použitie fytoindikátorov umožňuje stanoviť časovú dynamiku znečistenia, rozlíšiť jeho hlavné zdroje a určiť ich podiel na celkovom znečistení. Pri štúdiu veľkých miest v jednom z vážne problémy je výber porovnávacích štandardov. Tento problém je čiastočne vyriešený použitím testovacích objektov. Environmentálne testovanie sa úspešne využíva ako pri hodnotení znečistenia miest, tak aj pri environmentálnom mapovaní jednotlivých priemyselných oblastí mesta. Najúčinnejšie je v tomto smere bryo- a lišajníkovo indikatívne testovanie prostredia. Štúdium stavu samotnej rastliny - inhibícia vitálnych funkcií, chloróza a nekróza, morfologická variabilita - je základom expresných metód hodnotenia znečistenia miest. Povaha adaptácie rastlín na antropogénny stres je v mnohom podobná adaptačnej stratégii rastlín vystavených prírodným geochemickým anomáliám. Štúdium a porovnávacia analýza prírodných a technogénnych populácií rastlín, ktoré sú odolné voči vysokým koncentráciám kovov, je preto sľubná.

Ak teda zhrnieme vyššie uvedené, treba zdôrazniť, že medzi výhody bioindikácie oproti inštrumentálnym metódam patrí jej relatívne nízka cena, vysoká rýchlosť získavania informácií a schopnosť charakterizovať stav životného prostredia v dlhodobom časovom horizonte. Využitie bioindikačných metód v kombinácii s výpočtovou technikou a odborným hodnotením umožňuje prognózovať zmeny v ekosystémoch so zvyšujúcou sa antropogénnou záťažou, formulovať odporúčania pre optimálny režim environmentálneho manažmentu, hodnotiť mieru environmentálneho rizika antropogénneho znečistenia.

Na riešenie množstva aplikovaných problémov environmentálneho manažmentu sú potrebné expresné metódy environmentálneho hodnotenia stavu životného prostredia. Patria sem predovšetkým morfologické, floristické a fytocenotické metódy. Ich výhodou je relatívna jednoduchosť terénnych štúdií a zberu informácií, ako aj možnosť stanovenia celkového vplyvu celého komplexu faktorov v konkrétnych podmienkach.

Bioremediácia umožňuje posúdiť komplexný antropogénny vplyv tak na prírodné objekty, ako aj na územie mestskej a poľnohospodárskej krajiny. V tomto prípade možno pri hodnotení reakcií organizmov na vplyvy prostredia použiť dva prístupy. Prvá zahŕňa štúdium reakcií druhov a ich spoločenstiev distribuovaných v skúmanej oblasti, druhá zahŕňa štúdium reakcií rastlinných testovacích objektov umelo umiestnených na danom území.

Teraz prejdime k riešeniu problému výberu vhodného testovacieho organizmu. A zároveň získame predstavu všeobecná toxicita vody v akváriu.

Ukazuje sa, že celkovú toxicitu vody v akváriu môžete posúdiť jednoducho pozorovaním slimákov.

Samo o sebe je to veľmi jednoduchý a nie zlý nápad - vložte do testovacej vzorky nejaký organizmus žijúci vo vode a uvidíte, čo sa s ním stane. A potom sa rozhodnúť, či je táto voda dobrá alebo zlá? Realizovať takúto myšlienku znamená vykonať biotest. Zostávajú už len 2 otázky na zodpovedanie:
1. Aký druh organizmu ( bude sa nazývať testovací organizmus) vybrať?

2. Čo by sa mu vlastne malo stať, alebo na základe akých javov možno posudzovať? toxicita ?

Ak však teoretický základ nestaráte sa o biotestovanie a chcete len vedieť, ako môžete použiť slimáky ampulárie na určenie toxicity vody, potom môžete preskočiť niektoré z nižšie uvedených materiálov a prejsť priamo na.

Aký telesný test si vybrať?

K dnešnému dňu množstvo testovacie organizmy. (Testovací organizmus je ten nešťastný tvor, podľa ktorého reakcií budeme posudzovať toxicitu vody). Ministerstvo prírodných zdrojov vyvinulo a oficiálne prijalo prísne normy Ruská federácia biotesty. Najpopulárnejšími testovacími organizmami boli dafnie a nálevníky. Testy sú založené na kvantitatívnom hodnotení ich úmrtnosti. Na základe počtu úmrtí sa vyvodzuje záver o toxicite. Zdá sa, že to všetko je jasné, ľahké a jednoduché, ale v praxi sa to ukázalo ako málo informatívne. Ak testované osoby zomrú, potom je jasné, že voda má toxický účinok, ale je rozdiel v stupni toxicity, keď v jednom prípade, Napríklad, 40 % dafnií zomrelo a u ďalších 60 %? Zdá sa, že tam, kde je to 60%, je voda toxickejšia, ale 40% je značné číslo. Možno skupiny testovacích organizmov jednoducho neboli veľmi homogénne, pokiaľ ide o odolnosť jednotlivých jedincov voči škodlivým účinkom, preto rozdiel v percentách úmrtnosti, ale toxicita vzoriek bola rovnaká?
Vo všeobecnosti sa okamžite do popredia dostáva otázka štatistickej spoľahlivosti výsledkov biotestovania. Veriť alebo neveriť výsledkom biotestovania do značnej miery závisí od štatistickej správnosti experimentu. Ale nielen. Veľa závisí nemenej od výberu samotného testovacieho organizmu, as biologické druhy. Tu nemožno nebrať do úvahy zvláštnosti jeho biológie a fyziológie. Zoberme si znova tú istú dafniu. Kde žije v prírode? No, úprimne povedané, nie vo veľmi čistých vodách. Chovatelia akváriových rýb ju chodia chytať do usadzovacích nádrží úpravní vôd. V takejto vode nebudú žiť diskutovité ryby (a nielen oni) a my takú vodu nebudeme piť – nebude nám chutiť vôňa a chuť. Ale dafnie tam žijú a rýchlo sa množia, rovnako ako nálevníky. Takže na základe ich reakcií je možné posúdiť toxicitu vody vo vzťahu k vám a mne (teda ľuďom) a akvarijné ryby? Silne podozrievam, že je to stále nemožné, bez ohľadu na to, koľko autorov sa snaží dokázať opak. Nebudem sa ďalej ponoriť do vedeckej a vedeckej džungle sporov okolo biotestovania, ale začnem popisovať testovací organizmus, ktorý v bioteste použijeme.
Hodnotíme teda toxicitu vody podľa správania (predovšetkým podľasprávanie, nie mortalitou) ampuláriových slimákov. O týchto slimákoch si môžete prečítať sami . Čo je na ampuláriách také zvláštne? Áno, celý rad dôležitých funkcií!

1. Slimáky Ampullaria sú teplomilné a majú vysokú rýchlosť metabolizmu.

Pri teplote vody 25-30°C prebiehajú biochemické reakcie v tele ampulky pozoruhodne rýchlo. Veľa jedia, veľa kajú a bujne rastú. To znamená, že prítomnosť toxických látok vo vode rýchlo ovplyvní metabolické procesy v ich tele a to bude viditeľné. Veď podstatou pôsobenia toxických látok je, že narúšajú normálny priebeh biochemických reakcií. Toxické účinky sa dajú rýchlo zistiť. Slovo „rýchlo“ znamená obdobie od niekoľkých hodín do dvoch dní.

Fotografia 1. Tu sú mladé slimáky ampulária. Sú dobré ako testovacie organizmy vďaka ich intenzívnemu metabolizmu. Fotografia jasne demonštruje túto tézu. Šípka ukazuje výrastky plášťa presahujúce okraje škrupiny. Možno zväčšujú oblasť kontaktu plášťa s vodou a uľahčujú dýchanie pokožky. Alebo možno nejako súvisia s rýchlym rastom okraja škrupiny. V každom prípade, keď sú tieto výčnelky jasne viditeľné u mladých slimákov, tieto sa extrémne rýchlo zväčšujú.

2. Vysoká citlivosť a zároveň odolnosť ampuliek voči toxickým účinkom.

Ampulky majú dve kvality, ktoré sú dôležité pre testovací organizmus. Onicitlivýk pôsobeniu toxických látok (prečo som vysvetlil v odseku vyššie), a zároveňodolný(odolné) voči nim (zabíjajú ich iba soli medi aj v nízkych koncentráciách). Odolné - to znamená, že nezomrú okamžite. Mimochodom, práve preto sú v tom veľmi dobrí spustenie akvária ako „pionierske zvieratá“. Keď dôjde k toxickému účinku na telo, začnú jesť menej, plaziť sa pomalšie, potrebujú viac alebo naopak menej kyslíka a uzamknú sa vo svojej škrupine s vekom, čím sa chránia pred škodlivými účinkami. špinavá voda. To znamená, že správanie otrávených slimákov sa líši od správania normálnych. Slimáky zapínajú všetky svoje obranné mechanizmy reagujú stresovou reakciou na prítomnosť toxickej látky vo vode a zostávajú nažive po dlhú dobu, alebo sa dokonca adaptujú na neustálu prítomnosť jedu vo vode (pozri tiežtoxicita ). Toto všetko možno zaznamenať a na základe týchto behaviorálnych reakcií posúdiť toxicitu. No, keď slimáky naozaj ochorejú (to sa stáva, keď sú maximálne prípustné koncentrácie vo vode 20-100 krát alebo dokonca viac), zomrú. Poruchy v správaní ampulárií sa teda dajú zistiť už pri veľmi nízkych hladinách toxických látok vo vode (cca 0,01-0,1 maximálnej prípustnej koncentrácie) a tieto slimáky uhynú až po opakovanom predávkovaní. To znamená, že biologický test s ich použitím bude fungovať vo veľmi širokom rozsahu toxicity. Dôležitosť tejto okolnosti možno ilustrovať na nasledujúcom príklade. Hlavnou nevýhodou testu na dafnie je, že má veľmi úzky rozsah. Žijú bez viditeľných odchýlok od normy aj pri významných koncentráciách toxickej látky (niekoľko maximálnych prípustných koncentrácií, čo je napísané v prvý článok o biotestovaní ), bez toho, aby ho detekovali, ale okamžite zomreli s veľmi miernym ďalším zvýšením jeho koncentrácie.

3. Vysoká úroveň organizácie ampulí.

Ampularia sú pomerne zložité stvorenia (na rozdiel napríklad od nálevníkov). Majú prakticky rovnaké anatomické a fyziologické systémy ako vy a ja: nervový, motorický, tráviaci, vylučovací, dýchací, reprodukčný, humorálny (systém hormonálna regulácia telesné funkcie). Ich telo v reakcii na rôzne škodlivé vonkajšie vplyvy reaguje nešpecifickou stresovou reakciou zahŕňajúcou všetky systémy. Na základe tejto reakcie možno usudzovať na všeobecnú toxicitu vody, ktorú možno určiť nie jednou toxickou látkou, ale celkovým účinkom mnohých znečisťujúcich látok prítomných vo vode.

4. Správanie ampulária zahŕňa rôzne behaviorálne reakcie.

Ako som už písal, správanie ampulária je dosť rôznorodé. To umožňuje posúdiť toxicitu ich biotopu odchýlkou ​​týchto behaviorálnych reakcií od normy.

Video nie je viditeľné, váš prehliadač pravdepodobne nepodporuje HTML5 video

Ampulária majú pľúca aj žiabre. Vo vode, ktorej oxidovateľnosť je nízka, je veľa kyslíka a slimáky dýchajú najmä žiabrami. Stúpajú na povrch na ventiláciu pľúc zriedka - nie viac ako raz za 5-10 minút alebo dokonca menej často, pri zachovaní vysokej motorickej aktivity. IN dobré podmienky Ampulária sú dosť mobilné a môžu doslova „lietať“ po akváriu, najmä ak sú hladní. Ak sa mäkkýš ocitne v toxickom prostredí, jeho telo na to reaguje generalizovanou stresovou reakciou. V prvých hodinách sa potreba kyslíka slimáka prudko zvyšuje. Stále viac začína stúpať na povrch na čerstvý vzduch. Niekedy intervaly medzi jednotlivými „vetraním“ pľúc začínajú byť len niekoľko desiatok sekúnd. V niektorých prípadoch zostáva mäkkýš na povrchu s odkrytým sifónom. A motorická aktivita slimáka výrazne klesá: plazí sa menej a plazí sa pomalšie ako zvyčajne. Takéto príznaky sa pozorujú napríklad vtedy, keď sa povrchovo aktívne látky (detergenty) dostanú do vody.
Nie je na škodu, ak sa akvarista pravidelne bližšie pozerá na to, ako sa deje s dýchacou a motorickou aktivitou jeho ampulí? Ak sa po výmene vody v akváriu náhle prudko zvýši dýchacia aktivita, potom je dôvod sa znepokojiť a zmerať obsah vo vode. amoniak a dusitany . Tieto látky môžu spôsobiť aj zvýšenú činnosť dýchania. Alebo si možno pamätáte, že ste jaskyňu umyli mydlom a potom ju veľmi dôkladne neopláchli pod silným prúdom vody?
Pri pokračujúcej toxickej expozícii sa metabolizmus slimákov začína spomaľovať. Plazí sa veľmi málo alebo veľmi pomaly, jej telo je takmer úplne vtiahnuté do ulity a celé hodiny neprevetráva pľúca – takéto pozorovania by mali akvaristovi spôsobiť zvláštne obavy. V najťažších prípadoch slimáky ležia na dne alebo plávajú blízko hladiny so zatvorenou ulitou. Pre lepšiu izoláciu od toxických vplyvov vonkajšieho prostredia môže slimák vylučovať poriadne množstvo hlienu, ktorý izoluje medzeru medzi ulitou a viečkom. Keď mušle zomrie, veko sa mierne otvorí a telo mušle vypadne. To je pre neskúsených akvaristov zavádzajúce. Myslia si, že slimáky sú živé. V skutočnosti je pravdepodobnejšie, že slimák s tesne uzavretou ulitou je stále nažive ako ten s veľmi mierne otvorenou ulitou.

Ak kŕmite ryby plávajúcim krmivom, potom sa slimáky, ak sa, samozrejme, cítia dobre, chcú zúčastniť generálky. Zhromažďujú plávajúce jedlo pomocou lievikov znázornených vyššie. Ak však ampulária tvrdohlavo stúpajú na povrch a vytvárajú lieviky, hoci nedošlo k žiadnemu kŕmeniu, malo by vás to upozorniť. Spravidla to naznačuje, že obsah rozpustených organických látok vo vode je príliš vysoký, čo slimáky vnímajú čuchom a chuťou (zodpovedajúce receptory sa nachádzajú na tykadlách a labiálnych tykadlách). Ampulária, ktorí cítia vôňu jedla, ktorej polohu nie je možné lokalizovať (vôňa je všade), sa správne domnievajú, že sú rozptýlené na hladine vody a plazia sa, aby vytvorili lieviky, aby ich mohli zbierať.
Pri testovaní vody z vidieckych studní by ste mali venovať pozornosť tejto vlastnosti správania slimákov. Vysoký obsah organických látok v nich nie je nezvyčajný. Keď sa slimáky dostanú do takejto vody, zhromaždia sa blízko hladiny a zložia nohy do lievika. Hneď je jasné, že testovaná voda nie je príliš dobrá. V akváriu pomocou tejto behaviorálnej reakcie zbierajú slimáky bakteriálny film a zvyšky potravy z povrchu vody. Toto je veľmi užitočná činnosť. Ale položte si otázku, prečo sa tento film stále objavuje? Možno si príliš kŕmiť ryby alebo nedostatočné filtrácia s prevzdušňovaním?

Hovoril som o dvoch behaviorálnych reakciách ampulárií, ktoré nám umožňujú vyvodiť nejaké závery týkajúce sa kvality vody. Nejde však o biotestovanie ako také. Biotest je vopred naplánovaný experiment vykonaný v súlade s predpismi vypracovanými pre danú biotestovaciu metódu, ktorý umožňuje získať štatisticky spoľahlivé výsledky. O tejto metóde sa bude diskutovať neskôr. Ale spomenul som tieto behaviorálne reakcie z nejakého dôvodu. Z praktického hľadiska sú samotné dosť informatívne. Slimáky ich navyše často predvádzajú a ako biotest postupuje, je pre experimentátora užitočné pochopiť, čo sa deje.
A na záver tohto materiálu sa zastavme ešte pri jednej vlastnosti ampulky. Ako som už povedal, mladé slimáky si veľmi rýchlo stavajú ulitu. Tento proces narúšajú silné toxické účinky vody. Pozrime sa na fotografiu na samom začiatku článku. Ulita tohto chudobného slimáka je prerezaná hlbokou pozdĺžnou štrbinou. Ide o veľmi charakteristickú poruchu tvorby škrupín. Ak to isté majú aj vaše slimáky, vedzte, že život vo vašom akváriu je veľmi, veľmi ťažký. Negatívny vplyv prostredia na organizmus je taký, že sa už nedá kompenzovať obrannými reakciami organizmu a vedie k morfologickým poruchám. Ampulária vďaka vysokej odolnosti žije, no nie je to pre ňu jednoduché. V akváriách, kde žijú slimáky s takými lastúrami, sa často pozoruje „neprimeraná“ smrť rýb. Okrem toho ryby často ochorejú.

Ak včas zlepšíte životné podmienky v akváriu (keď nie je pozdĺžna medzera príliš veľká): nepoužívajte lieky obsahujúce meď a formaldehyd z akéhokoľvek dôvodu alebo dokonca bez dôvodu, zaveďte biofiltráciu a vymieňajte vodu častejšie , potom ampulária úspešne obnovia celistvosť škrupiny. Ale jazva zostane navždy spomienkou na kedysi ťažké časy.

Viac o konkrétnej technike biotestovania si môžete prečítať v článku Biotestovanie doma, časť II (biotestovacia metóda).

Vladimír Kovaľov

Aktualizované 4. 11. 2017

Text práce je uverejnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia práca je dostupná v záložke "Pracovné súbory" vo formáte PDF

„Tvrdím, že všetko, čo sa narodilo zo zeme, žije zo zemskej vlhkosti,

a v akom stave je táto vlhkosť, v takom

Rastlina je tiež v dobrom stave“

Hippokrates

Udržiavanie

Tieto slová, ktoré vyslovil Hippokrates v staroveku, nestratili svoju aktuálnosť ani dnes. V súčasnosti si spoločnosť uvedomila nebezpečenstvo toxického znečistenia povrchových vôd a dospela k potrebe zaviesť do monitorovacej praxe úplne nové netradičné prístupy, najmä biologické testovanie. Biotestovanie – štúdia vplyvu rôzne látky na živých organizmoch. Široké zavádzanie biotestovacích metód do praxe hodnotenia kvality vody je naliehavou potrebou doby, keďže ani najmodernejšia analytická chémia neposkytne úplné informácie o toxicite prostredia. Navyše analýza existujúce metódy hodnotenie kvality prírodných vôd ukázalo, že biotestovanie je najpresnejší, najrýchlejší a najlacnejší spôsob ochrany prírodných vôd.

V našom výskume sme sa touto metódou rozhodli zistiť, v akom stave je voda v našom meste, ktorú pijeme a ktorou zalievame rastliny, ktoré používame na potravu.

hypotéza: Pomocou biotestovacích metód môžete posúdiť stupeň kontaminácie

prírodné vody

Predmet štúdia: stupeň znečistenia prírodných vôd v Pjatigorsku.

Predmet štúdia: jednoročné rastliny z čeľade Graminea: ovos, jačmeň, pšenica, jednoročné rastliny z čeľade Brassicaceae - žerucha a reďkovky.

Účel tejto práce - posúdiť znečistenie prírodných vôd v Pjatigorsku pomocou sadeníc rôznych indikátorových rastlín.

Úlohy:

analyzovať teoretické prístupy k štúdiu tejto témy;

ovládať techniky biotestovania;

stanoviť sezónnu dynamiku toxicity prírodných vôd v Pjatigorsku;

určiť závislosť vývoja testovaných rastlín od toxicity prírodných vôd.

1. Prehľad literatúry.

1. Biotestovacie metódy.

Jeden z hlavných dôvodov negatívne dôsledky Antropogénne znečistenie prírodného prostredia je toxicita znečisťujúcich látok pre biotu. Práve prítomnosť toxických látok v životnom prostredí vedie k úhynu všetkého živého, strate obyvateľov čistých zón zo spoločenstva organizmov a ich nahradeniu druhmi eurybiontov. Na stanovenie toxicity prostredia existujú rôzne fyzikálne a chemické metódy, no v poslednom čase sa na hodnotenie stavu živých organizmov široko používajú biologické metódy (príloha 1).

Veď keď hovoríme o znečistení vôd, pôdy, ovzdušia, o ich toxicite, máme na mysli, aké priaznivé sú pre živé organizmy v nich žijúce a pre ľudské zdravie.. Medzi najradikálnejšie metódy patria metódy toxikologického biotestovania. Biotest znamená testovanie účinku látky alebo komplexu látok za presne stanovených podmienok vodné organizmy zaznamenávaním zmien jedného alebo druhého biologického ukazovateľa študovaného objektu v porovnaní s kontrolou. Študované organizmy sa nazývajú testovacie objekty a experiment sa nazýva biotestovanie (Lysenko, 1996). Táto lacná a univerzálna metóda sa v posledných rokoch široko používa na celom svete na hodnotenie kvality objektov životného prostredia. V Rusku sa od roku 1996 spustil experiment na zavedenie metód biotestovania odpadových vôd vypúšťaných do prírodných nádrží a dodávaných do zariadení na biologické čistenie. Biotesty môžu poskytnúť údaje o toxicite špecifickej vzorky kontaminovanej chemikáliami antropogénneho alebo prírodného pôvodu. Táto metóda nám umožňuje reálne posúdiť toxicitu vlastností akéhokoľvek prostredia v dôsledku prítomnosti komplexu znečisťujúcich látok a ich metabolitov. Živé organizmy vždy reagujú v rôznej miere na zmeny v prostredí, ale v niektorých prípadoch to nie je možné zistiť fyzikálnymi alebo chemickými metódami, pretože rozlišovacia schopnosť prístrojov alebo chemických analýz je obmedzená. Citlivé indikátorové organizmy reagujú nielen na malé dávky environmentálnych faktorov, ale primerane reagujú aj na vplyv komplexu faktorov (Gruzdeva, 2002). .

Biotestovanie nám umožňuje identifikovať oblasti a zdroje znečistenia. Ako testovacie objekty sa používajú baktérie, riasy, vyššie rastliny, pijavice, dafnie, mäkkýše, ryby a iné organizmy. Aby sa zvýšila tolerancia voči znečisteniu, organizmy sú usporiadané v nasledujúcom rade: huby, lišajníky, ihličnany, byliny, listnaté rastliny. Každá z nich má výhody, ale žiadna nie je univerzálna, najcitlivejšia na všetky látky. Na zaručenie prítomnosti toxického činidla neznámeho chemického zloženia v prírodných vodách je potrebné použiť súbor testovacích objektov reprezentujúcich rôzne skupiny organizmov. Pri výbere testovacích organizmov vychádzajú z druhovej toxicity možných škodlivín, vlastností nádrže a požiadaviek spotrebiteľov vody. Pre testovacie organizmy možno prideliť súkromné ​​integrálne testovacie funkcie. Integrálne parametre charakterizujú stav systému najvšeobecnejším spôsobom. Pre organizmy integrálne charakteristiky zahŕňajú charakteristiky prežitia, rastu a plodnosti. Napríklad fyziologické, biochemické a histologické parametre môžu byť pre organizmus súkromné.

1. Biotestovanie prírodných vôd.

Biotestovanie prírodných vôd sa stalo široko používaným v výskumu funguje od začiatku 80. rokov (príloha 2). Vysvetľuje to výrazný nárast úrovne znečistenia vodných útvarov a nádeje odborníkov, že biotestovanie môže aspoň čiastočne nahradiť chemickú analýzu vôd, keďže do vodných útvarov sa ročne vypustí asi 55 km 3 odpadových vôd, z toho 20 km 3 je znečistený. (Stepanovskikh, 2001). Len asi 10 % vôd vyžadujúcich úpravu je čistených na štandardnú kvalitu (Yablokov, 2005).

V roku 1991 biotestovanie bolo zavedené ako povinný prvok kontroly kvality povrchových vôd, čo je ustanovené v „Pravidlách ochrany povrchových vôd“ (1991). Indikátory biotestovania prírodných vôd sú zahrnuté v zozname indikátorov na identifikáciu zón environmentálnej núdze a zón environmentálnej katastrofy (Tumanov, Postnov, 1983). Biotestovacie metódy predstavujú charakteristiku stupňa vplyvu na vodné biocenózy. Takže, A.M. Grodzinský D.M. Grodzinsky (1973) opisuje sériu biologických testov na testovanie toxicity prírodných vôd. Podľa prijatej definície je biotestovanie vody hodnotenie kvality vody na základe reakcií organizmov, ktoré sú testovacími objektmi. Skúška klíčivosti semien sa používa na zistenie účinkov rôznych fyziologicky aktívnych látok. Semená poľnohospodárskych rastlín sa používajú ako indikátory toxicity. Spomedzi poľnohospodárskych plodín sú najcitlivejšie hlávkový šalát, lucerna, obilniny a krížová zelenina, medzi necitlivé druhy patrí kukurica, hrozno, rosaceae a skorocel (Ramad, 1981). Biotestovacie metódy musia spĺňať tieto požiadavky: relatívna rýchlosť implementácie, získanie dostatočne presných a reprodukovateľných výsledkov, dostupnosť objektov vhodných na indikáciu vo veľkých množstvách. V súčasnosti sú dobre známe biotestovacie metódy zamerané na stanovenie toxicity vodného prostredia v dôsledku prítomnosti určitých skupín chemických zlúčenín, najmä organofosforových zlúčenín. Na prírodných vodách je najviac odskúšaná enzymatická metóda V.I. Kozlovskaja.

1. Výhody biotestovacích metód.

Hlavnými výhodami biotestovania sú jednoduchosť a dostupnosť jeho metód, vysoká citlivosť testovacích organizmov na minimálne koncentrácie toxických látok, rýchlosť a absencia potreby drahých činidiel a zariadení. Podľa viacerých autorov žiadny z jednotlivých organizmov nemôže slúžiť ako univerzálny testovací objekt pre látky rôznej chemickej povahy, preto na zaručenie detekcie toxického agens v životnom prostredí treba použiť súbor biotestov (Braginsky et kol., 1979, Lesnikov, 1983, Filenko, 1989).

Biotestovacie metódy odhaľujú toxicitu, ktorá je integrálnym indikátorom znečistenia životného prostredia. Ako všetky integrálne ukazovatele majú nevýhodu v tom, že neodhalia jednotlivé škodliviny prítomné vo vzorke. Bolo publikovaných veľa prác o biotestovaní vodného prostredia, ale boli robené najmä za účelom hodnotenia toxicity novosyntetizovaných chemikálií, liečiv nakupovaných prostredníctvom dovozu, ako aj pri tvorbe predpisov pre chemické zlúčeniny. Existuje oveľa menej publikácií o biotestovaní odpadových vôd a ešte menej o biotestovaní prírodných vôd (Nikanorov, Khoruzhaya, 2001).

Najdostupnejšie sú bioindikačné metódy, ktoré umožňujú študovať vplyv technogénnych polutantov na rastlinné a živočíšne organizmy a neživú prírodu. Bioindikácia je založená na úzkom vzťahu živých organizmov k podmienkam prostredia, v ktorom žijú. Zmeny týchto podmienok, napríklad zvýšenie salinity alebo pH vody, môžu viesť k vymiznutiu určitých druhov organizmov, ktoré sú na tieto ukazovatele najcitlivejšie, a k vzniku ďalších, pre ktoré bude takéto prostredie optimálne.

Existujú rôzne biologické ukazovatele. Prítomnosť niektorých škodlivín možno posúdiť podľa vonkajších znakov rastlín a živočíchov. Vďaka „pamäti“ týchto organizmov je možné spoznať úlohu tých faktorov, ktoré v súčasnosti už nie sú aktívne. Napríklad výskyt čiernych škvŕn na listoch lipy naznačuje, že v zime sa stierače príliš snažili posypať sneh soľou, aby urýchlili jeho topenie; škvrny na listoch veľkého plantajnu vypovedajú o emisiách oxid siričitý. Na základe šírky rastových letokruhov borovíc v blízkosti chemického závodu sa dá určiť, v ktorých rokoch rastlina obzvlášť silne znečisťovala životné prostredie. Počas rokov silného znečistenia ovzdušia sa vytvárajú tenšie prstence. Výška niektorých rastlín môže byť použitá na posúdenie koncentrácie solí vo vode. Napríklad trstina môže dosiahnuť výšku 4 m, ale ak je obsah soli vo vode vysoký, táto rastlina nedorastie viac ako 0,5 m. Niektoré machy a lišajníky sú indikátormi znečistenia ovzdušia. Napríklad pri analýze lišajníkov vo Švédsku sa zistil výskyt rádioaktívneho prachu z jadrovej elektrárne v Černobyle. Existujú špeciálne živé zariadenia - bryometre - malé boxy s určitými druhmi machov, ktoré sa používajú na určenie dymového režimu atmosféry.

Praktická časť.

Výskum sa uskutočnil dňa metódy, navrhol A.I. Fedorová a A.N. Nikolskaya na „Workshope o ekológii a ochrane životného prostredia“, 2003, ako aj v učebnica pre univerzity “Environmental monitoring” edited by T.Ya. Ashikhmina, 2005.

V priebehu roka 2015 prebiehali práce na štúdiu metódy biotestovania toxicity prírodných vôd pomocou indikátorových sadeníc rastlín.

Všetky výskumy na danú tému boli realizované v laboratóriu učební chémie a biológie MBOU SOŠ č.5 v Pjatigorsku v r. denná, s kombináciou umelého a prirodzeného osvetlenia v štandardných, optimálnych podmienkach pre testovacie zariadenia. Úroveň znečistenia vo vodných útvaroch možno posúdiť pomocou testu klíčivosti semien. Takéto testovanie sa vykonáva ako predbežný test na identifikáciu obzvlášť znečistených vodných útvarov na účely následnej chemickej analýzy. Ako testovacie rastliny boli použité sadenice vyšších rastlín: pšenica, jačmeň, ovos, žerucha a reďkovka. Navrhovaná metóda biologického hodnotenia toxicity prírodných vôd pomocou indikátorových sadeníc rastlín bola realizovaná v dvoch verziách:

1.Zalejte sadenice testovacej rastliny testovacou vodou.

2. Kvapkanie testovacieho roztoku medzi kotyledóny dvojklíčnolistových rastlín.

V prvom variante sa ako testovacie rastliny použili semená pšenice, ovsa a jačmeňa. V druhej možnosti boli použité iba sadenice dvojklíčnolistových rastlín: potočnice a reďkovky.

Zo všetkých rastlín používaných vo výskume má žerucha precitlivenosť na znečistenie vôd ťažkými kovmi. Tento bioindikátor sa vyznačuje rýchlym klíčením semien a takmer 100% klíčivosťou, ktorá sa v prítomnosti škodlivín citeľne znižuje. Okrem toho výhonky a korene žeruchy pod vplyvom polutantov podliehajú výrazným morfologickým zmenám (spomalenie rastu a zakrivenie výhonkov, zníženie dĺžky a hmotnosti koreňov) (Golubkina, 2008). . Na preventívne účely boli semená ošetrené pred klíčením. Suché semená sa ponorili do 1% roztoku manganistanu draselného na 0,5 hodiny a potom sa premyli destilovanou vodou pomocou dvoch vrstiev gázy a vysušili sa na filtračnom papieri na vzduchu.

(1 možnosť).

2-3 dni pred pokusmi (čas klíčenia semien bol stanovený vopred) sa semená testovaných objektov, pšenice, ovsa, jačmeňa, namočili na jeden deň do vody. Potom sa pomocou pinzety umiestnili embryom smerom nahor (jedným smerom) do kyvety, na dno ktorej bola položená vrstva savej vaty a navrch dve vrstvy filtračného papiera. Systém bol zvlhčený vodou z vodovodu na plnú kapacitu vlhkosti. K tomu sa pod vatu naliala voda a po jej vstrebaní sa prebytok odstránil. Kyveta bola pokrytá filmom, okraje filmu boli prehnuté pod kyvetu. Klíčenie sa uskutočňovalo pri teplote +25 0 C - + 26 0 C, kým veľkosť sadeníc nebola 10 - 15 mm a neobjavili sa korene, potom sa klíčky rozdelili na frakcie podľa dĺžky.

Rovnaké množstvo premytého a kalcinovaného piesku sa umiestni do pohárov, do každého pohára sa zasadí 10 rovnakých sadeníc testovaných rastlín. Piesok sa na vrch zaleje rovnakým množstvom testovacej vody z rôznych nádrží. Opakovanie - trikrát. Kontrola - zalievanie usadenou a vyčistenou vodou z vodovodu. Keď klíčky dosiahnu výšku 8-10 cm, vykopú sa, vysušia filtračným papierom, rozdelia žiletkou na časti (stonka, korene), odmerajú a odvážia. Údaje sú spracované štatisticky a vyjadrené ako percento kontroly.

1. Spôsob zavlažovania sadeníc testovaných rastlín testovacou vodou

(Možnosť 2).

Voda odobratá z rôznych zdrojov sa 10-krát zahustí odparením a uskladní sa v chladničke. Poháre sa naplnia rovnakým množstvom umytého a kalcinovaného piesku, na dno sa vloží sklenená trubica, cez ktorú sa polieva usadenou vodou z vodovodu. Do malej hĺbky sa vysieva 18-20 kusov životaschopných semien (žerucha, reďkovka). Po vyklíčení klíčkov a otvorení klíčnych listov sa v pohároch ponechá 10 rovnakých rastlín, zvyšok sa vytrhne pinzetou. Polievanie pestovateľského substrátu sa robí rovnakým množstvom vody cez trubicu pomocou fóliového lievika. Po 2-3 týždňoch sadenice opatrne vykopte, umyte, vysušte filtračným papierom, odmerajte a odvážte nadzemné časti a korene oddelene. Údaje sú spracované štatisticky a vyjadrené ako percento kontroly.

1. Vývoj sadeníc testovaných rastlín pri ich zalievaní testovacou vodou (jar).

Číslo vzorky, umiestnenie vzorky	Test - rastlina	Prízemná časť, %
1. Rieka Podkumok
2. Novopyatigorské jazero
4. Ovládanie - voda z vodovodu

Toxický účinok vzorky sa považuje za preukázaný, ak experiment zaznamenal toxický účinok inhibície rastu sadeníc, a to ich koreňov o 50 % (Gruzdeva, 2002).

Z údajov v tabuľke 1 je vidieť, že najpriaznivejšia pre rast a vývoj sadeníc testovaných rastlín je vzorka č.2 - Novopyatigorské jazero. Orlovka. Na základe stupňa rastu a vegetatívnej sily sadeníc môžeme usúdiť, že vo vzorke č. 1 (rieka Podkumok) je inhibícia rastu koreňov sadeníc o viac ako 50 % v porovnaní s kontrolou, preto toxicita vzorky Číslo 1 je vysoké. Vo vzorke č. 3 (Yutsa River) je inhibícia rastu nadzemných častí a koreňov sadeníc pozorovaná viac ako vo vzorke č. 1, preto je toxicita vzorky č. 3 veľmi vysoká.

2.4. Vývoj sadeníc testovaných rastlín pri zalievaní testovacou vodou

(jesenné obdobie).

Číslo vzorky, umiestnenie vzorky	Test - rastlina	Prízemná časť, %
1. Rieka Podkumok
2. Novopyatigorské jazero
3. Rieka Yutsa
4. Ovládanie - voda z vodovodu

Z údajov uvedených v tabuľke 2 je zrejmé, že v jesennom období je väčšia inhibícia vývoja semenáčikov vo vzorke č.3 - rieka Yutsa, inhibícia rastu koreňov semenáčikov v tejto vzorke o viac ako 60 % v porovnaní s kontrolou. Vo vzorkách č. 1 - rieka Podkumok a č. 2 - jazero Novopyatigorsk je tiež zaznamenaný pokles vývoja vegetatívnych orgánov sadeníc.

Pri následnom spracovaní materiálov boli na základe výsledkov získaných v prvej verzii výskumu skonštruované diagramy biotestových testov.

Ryža. 1 Pomer dĺžky sadeníc testovaných rastlín pri ich zalievaní testovacou vodou (jar, jeseň 2015)

Ryža. 2 Pomer hmotnosti sadeníc testovaných rastlín pri ich zalievaní testovacou vodou (jar, jeseň 2015)

Z výsledkov získaných v rámci možnosti 1 teda môžeme vyvodiť tieto závery:

toxicita prírodných vôd na jar je najvyššia v riekach Podkumok a Yutsa;

Sadenice ovsa sú najcitlivejšie na toxicitu vody.

2.5. Vývoj sadeníc testovacích rastlín (jar).

Číslo vzorky, umiestnenie vzorky	Test - rastlina	Prízemná časť, %
1. Rieka Podkumok	žerucha
2. Novopyatigorské jazero	žerucha
3. Rieka Yutsa	žerucha
4. Ovládanie - voda z vodovodu	žerucha

Podľa zmeny nadzemnej hmoty v experimentálnych vzorkách v porovnaní s kontrolou je možné posúdiť toxicitu danej vzorky vody. Silná inhibícia nadzemných častí testovaných rastlín, viac ako 20 % v porovnaní s kontrolou, ukazuje vysoký stupeň toxicity vzorky vody (Golubkina, 2008). Vysoká toxicita je pozorovaná vo vzorke č. 3 - Yutsa River. U sadeníc sa pozoruje inhibícia vývoja nadzemnej časti o 53-55% viac ako v kontrolnej vzorke. Vzorky č. 1 - rieka Podkumok a č. 2 - jazero Novopyatigorsk sú tiež toxické, ale v menšej miere.

2.6 Vývoj sadeníc testovaných rastlín (obdobie jesene).

Číslo vzorky, umiestnenie vzorky	Test - rastlina	Prízemná časť, %
1. Rieka Podkumok	žerucha
2. Novopyatigorské jazero	žerucha
3. Rieka Yutsa	žerucha
4. Ovládanie - voda z vodovodu	žerucha

Z údajov v tabuľke 4 je vidieť, že vzorka č. 3 je najtoxickejšia – rieka Yutsa. Vzorka vody č.1 je toxická - rieka Podkumok. Vzorka č.2 - Novopyatigorské jazero má veľmi nízku toxicitu.

Na základe výsledkov získaných vo verzii 2 výskumu boli skonštruované diagramy biotestových testov.

Ryža. 3 Pomer dĺžky skúšobných sadeníc (jar, jeseň 2015)

Obr.4 Pomer hmotnosti sadeníc a testovanej vody (jar, jeseň 2015) Obr.

Na základe výsledkov výskumu možno vyvodiť tieto závery:

pomer dĺžky a hmotnosti klíčkov testovaných rastlín závisí od toxicity prírodných vôd, čím viac toxických látok vo vzorke vody, tým menšia je dĺžka a hmotnosť klíčkov testovaných rastlín;

Najväčšiu citlivosť na toxíny vykazuje žerucha.

toxicita prírodných vôd je vyššia na jar vo vzorkách vody odobratých z riek Podkumok a Yutsa;

Vzorka vody z jazera Novopyatigorsk je menej toxická.

Výsledkom výskumu bolo zvládnutie metodiky biotestovania toxicity prírodných vôd, analýza teoretických prístupov pri štúdiu tejto témy a nasledovné: závery:

Zistilo sa, že toxicita prírodných vôd v nádržiach v Pjatigorsku sa líši podľa sezóny: na jar je väčšia, na jeseň toxicita klesá;

Zistilo sa, že vývoj a rast sadeníc testovaných rastlín priamo závisí od stupňa toxicity prírodných vôd, najväčšiu citlivosť na toxíny vykazujú žerucha a ovos;

Zistilo sa, že pri zalievaní sadeníc testovaných rastlín testovacou vodou sa vo väčšej miere inhibuje vývoj koreňového systému;

Experimentálne sa zistilo, že vzorky vody z riek Yutsa a Podkumok sa vyznačujú najväčšou toxicitou, voda z jazera Novopyatigorsk je menej toxická.

Potvrdila sa tak hypotéza o možnosti hodnotenia miery znečistenia prírodných vôd pomocou biotestovacích metód. V tejto fáze práce sa v dôsledku experimentu bez špeciálneho drahého vybavenia, nástrojov a činidiel stanovili úrovne znečistenia vody v Pyatigorsku.

Naša práca môže pokračovať aj v budúcom akademickom roku. Na odstránenie chýb vo výsledkoch je možné vykonať chemický rozbor vody v laboratóriu a situáciu znova analyzovať.

Túto metódu rozboru prírodných vôd možno odporučiť amatérskym záhradkárom a všetkým obyvateľom nášho mesta, ktorých tento problém zaujíma.

Bibliografia.

Vishnyakova V.F. Ekológia územia Stavropol. - Stavropol, 2000.

Golubkina N.A. Laboratórny workshop o ekológii.-M., 2008.

Grodzinsky A.M., Grodzinsky D.M. Krátky sprievodca fyziológiou rastlín. - Kyjev; Naukova duma, 1973.

Gruzdeva L.P. bioindikácia kvality prírodnej vody. // Biológia v škole. 2002, č. 6 s. 10

Denisova S.I. Terénna prax v ekológii. - Minsk, 1999.

Kulesh V.F., V.V. Mavrischev Workshop o ekológii. Minsk, 2007.

Lysenko N.L. Bioindikácia a biotestovanie vodných ekosystémov.// Biológia v škole. 1996, č. 5 s.12

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

Ramad F. Základy aplikovanej ekológie. - L.: Gidrometeoizdat, 1981.

Trifonova T.A., Selivanova N.V., Mishchenko N.V. Aplikovaná ekológia. M., Akademický projekt., 2007.

Savelyeva V.V. Geografia územia Stavropol. - Stavropol, 2003.

Stepanovskikh A.S. Ochrana životného prostredia.- M.: UNITY-DANA, 2001.

Teoretické problémy biotestovanie. - Volgograd, 1983.

Fedorova A.I., Nikolskaya A.N. Workshop o ekológii a ochrane životného prostredia. - M., Vladoš, 2001.

Filenko O.F. Metódy biotestovania kvality vodného prostredia. - M.: MsÚ, 1989

Yablokov A.V. Ekológia Ruska: stav perspektívy. 2005.

Príloha 1

stôl 1

Hlavné charakteristiky metód hodnotenia toxicity vody

	Chemické metódy	Biologické metódy
		Bioindikácia	Biotestovanie
Typ indikácie	Indikácia vplyvu	Indikácia odozvy	Indikácia vplyvu
Predmet analýzy		Vodné spoločenstvá
Účel analýzy	Meranie chemických koncentrácií	Hodnotenie stavu prírodných spoločenstiev	Integrálne hodnotenie toxicity na testovaných organizmoch
Indikátory toxicity	Prekročenie stanovených predpisov	Negatívne zmeny v komunitách	Vývoj patologických (aj smrti) zmien v testovacích organizmoch
nariadenia	Maximálne prípustné koncentrácie	Nie je nainštalované	Nedostatok akútnych a chronických toxických účinkov
Metrologické charakteristiky	Presnosť, konvergencia, reprodukovateľnosť	Nie je nainštalované	Konvergencia, reprodukovateľnosť

tabuľka 2

Rozsah použitia metód biotestovania toxicity vodného prostredia

Biotestovací objekt		Účel biotestovania	Testovací organizmus
Chemické látky		Prídelový systém v oblasti rybolovu; kontrola toxicity v medzinárodnom obchode	Hydrobionty sú predstaviteľmi hlavných trofických úrovní vodných ekosystémov. Štandardný súbor testovacích organizmov
Priemyselné, technologické a odpadové vody (bodové zdroje znečistenia)		Hodnotenie účinnosti úpravy, identifikácia nebezpečných zložiek, regulácia vypúšťania, environmentálna certifikácia podnikov	Biotestové súpravy
Prírodné vody (nebodové znečistenie)		Kontrola kvality vody v súlade so stanovenými predpismi. Hodnotenie toxikologického stavu vodných útvarov. Identifikácia oblastí environmentálnej katastrofy a núdzové situácie	Biotestové súpravy

Dodatok 2

Fotografia č.1. Klíčky žeruchy Foto č.2. Klíčky žeruchy

(kontrola) (skúsenosť)

Značný čas sa kontrola znečisťovania životného prostredia vykonávala iba fyzikálnymi a chemickými metódami, a to stanovením koncentrácií znečisťujúcich látok a zabezpečením toho, aby hodnoty nameraných koncentrácií zodpovedali štandardizovaným ukazovateľom s maximálnymi prípustnými koncentráciami (MAC). S rozvojom chemického priemyslu, syntézou nových zlúčenín a ich využitím vo výrobe sa zoznam kontrolovaných znečisťujúcich látok v odpadových vodách každým dňom zvyšuje. Dnes je veľa znečisťujúcich látok rôzne dôvody nie je kontrolovaná: pre niektoré neboli vyvinuté MPC, pre iné neexistujú schválené metódy stanovenia a ich vplyv pociťuje životné prostredie. V dôsledku toho sa to naučilo veľký rozsah zlúčeniny, toxické látky vo vode, ovzduší a pôdnom prostredí nie sú kontrolované. Ale ani v prípade sledovania celého spektra zlúčenín v životnom prostredí na úrovni MPC nemožno konštatovať, že nedochádza k škodlivému vplyvu na životné prostredie. Keďže informácie o fyzikálnych a chemických ukazovateľoch v zásade neumožňujú vyvodiť záver o kumulatívnom vplyve znečisťujúcich látok rôzneho charakteru na živé organizmy ao stupni ich nebezpečnosti.

Biotestovacie metódy sú uznávané na vyplnenie analytického informačného vákua o kombinovaných účinkoch znečisťujúcich látok. Zvláštnosťou informácií získaných pomocou biotestovacích metód je integrálny charakter odrazu celého súboru vlastností testovacieho prostredia z pozície vnímania jeho živého objektu. A na rozdiel od fyzikálno-chemických metód, ktorými sa stanovuje hrubý obsah konkrétnej znečisťujúcej látky, biotestovacie metódy na analýzu kvality vody umožňujú odhaliť fyziologicky aktívne formy zlúčenín, ktoré pôsobia na organizmus. Napríklad nie je možné vyvinúť maximálne prípustné koncentrácie látok pre rôzne hodnoty pH prostredia, menovite zmena pH prostredia má za následok tvorbu iných foriem zlúčenín, možno toxickejších. Alebo sa toxický účinok toxických látok zvyšuje v mäkkej vode ako v tvrdej. A komplexné účinky znečisťujúcich látok sú úplne nepredvídateľné.

Bolo študovaných a identifikovaných niekoľko možností účinkov toxických látok.

1. Antagonistický účinok toxických látok - je možná taká kombinácia iónov, v ktorej kombinácii bude toxický účinok menší.

2. Aditívny účinok - toxický účinok súčtu toxických látok rovná súčtu toxické účinky.

3. Synergický efekt – neúplné zhrnutie účinkov toxicity.

4. Seibilizačný účinok - kombinácia toxických látok zvyšuje účinok toxicity.

Biotestovacie metódy, ako nevyhnutný doplnok k chemickým rozborom, sú dnes zaradené do normy na sledovanie kvality vôd na rôzne účely.

Princíp biotestovania spočíva v zaznamenávaní zmien biomasy, prežívania, plodnosti, ako aj fyziologických či biochemických parametrov testovaného objektu v testovacom prostredí.

V súčasnosti sa vo svete používa široká škála testovacích objektov: od jednobunkových rias, machov a lišajníkov, baktérií a prvokových mikroorganizmov až po vyššie rastliny, ryby a teplokrvné živočíchy.

V Rusku štátne orgány analytickej kontroly kvality vody odporúčajú test dafnie ako hlavný na sledovanie toxicity odpadových vôd a sľubný na hodnotenie úrovne toxického znečistenia prírodných vôd. Test na dafnie je povinný pri zisťovaní najvyšších prípustných koncentrácií jednotlivých látok vo vodách rybárskych nádrží.

Výber testovaného objektu je určený nasledovným: 1) tento rod perloočiek je rozšírený v sladkovodných útvaroch, je dôležitou zložkou zooplanktónu a slúži ako zdroj potravy pre mladé ryby; 2) ľahko kultivovateľné v laboratórnych podmienkach – testovanie škodlivín je možné vykonávať počas celého roka; 3) definujúcou vlastnosťou je, že z povahy ich výživy sú filtračné napájače a čerpajú veľké objemy vody, filtrujúc baktérie a mikroriasy ako potravu, takže ak je vo vode čo i len malá koncentrácia jedovatej látky, kvôli objemu prefiltrovanej vody je citlivosť testovaného objektu vysoká.

Metóda biotestovania dafnií je založená na stanovení zmien v prežívaní a plodnosti dafnií pri vystavení toxickým látkam obsiahnutým v testovanej vode v porovnaní s kontrolou.

K dispozícii je krátkodobé biotestovanie – do 96 hodín. Umožňuje určiť akútne toxické vplyv testovanej vody na dafnie z hľadiska ich prežitia. Miera prežitia je priemerný počet jedincov, ktorí prežili v testovacej vode alebo v kontrolnej vode počas určitého času. Kritériom toxicity je úmrtie 50 % alebo viac dafnií za časové obdobie do 96 hodín. v testovacej vode v porovnaní s kontrolou.

Dlhodobé biotestovanie - 20 a viac dní - umožňuje určiť chronicky toxický vplyv testovanej vody na dafnie na zníženie ich prežívania a plodnosti. Ukazovateľom prežitia je priemerný počet počiatočných samíc dafnie, ktoré prežili počas biotestovania, ukazovateľom plodnosti je priemerný počet mláďat vyterených počas biotestovania, vypočítaný na jednu preživšiu počiatočnú samicu. Kritériom toxicity je významný rozdiel od kontroly v miere prežitia alebo plodnosti dafnie.

Vyššie bolo spomenuté veľké množstvo testovacích objektov používaných pri biotestovaní a nie je to náhoda. Faktom je, že rôzne organizmy reagujú na znečisťujúce látky rôzne. A úlohou úradov životného prostredia je správne posúdiť situáciu a vybrať citlivejší testovací objekt.

Príklad. Výsledky bioteteringu rastlinných odpadových vôd,
syntetizuje biologicky aktívne herbicídne zlúčeniny
smery sa môžu líšiť v závislosti od zvoleného testu
objekt. Test na dafnie môže preukázať neprítomnosť toxických látok
expozícia a kultúra rias môže cítiť toxickú látku.
prečo? Faktom je, že údajná toxická látka sa syntetizovala
herbicídy sú inhibítory procesov fotosyntézy v rastlinách a
morské riasy Preto je možné dafnie zaznamenať v krátkodobom experimente
žiadne akútne toxické účinky a riasy v prípade
poruchy vo fotosyntetickom reťazci budú rýchlo reagovať
znečistenie.

Preto sa v systéme kontroly kvality odpadových vôd odporúčajú aj riasy: Chlorella a Scpedesmus. Kritériom toxicity počas biotestovania s použitím rias je významný pokles počtu buniek v testovanej vode v porovnaní s kontrolou.

Na rýchle získanie informácií o kvalite vody sa používajú expresné biotestovacie metódy.

Zariadenie Biotoke bolo vyvinuté a vyrobené v malých sériách v Moskve. Zariadenie Biotoke je prenosný bioluminometer,

umožňuje pomocou biosenzora Ecolum, svetelných baktérií, rýchlo a objektívne určiť index všeobecnej toxicity vodných vzoriek, vrátane kovov, chemikálií pre domácnosť atď. Výsledky toxicity vzorky vody sa získajú po 10 minútach.

Zariadenie Biotester sa vyrába v Petrohrade. Ako testovací objekt sa používajú jednobunkové mikroorganizmy - nálevníky. Táto metóda je založená na chemotaktickej reakcii organizmov v reakcii na polutant, t.j. pohyb kultúry do priaznivej zóny. Táto testovacia reakcia, chemotaxia, je veľmi citlivá na toxické látky určitej skupiny.

V Rusku biotestovanie vykonávajú analytické laboratóriá environmentálnych úradov na určenie toxicita odpadových vôd(sú tam patologické zmeny alebo úhyn organizmov v dôsledku prítomnosti toxických látok v nich) pri vypúšťaní do vodného útvaru, vody na kontrole a iných miest využitia vody s cieľom overiť súlad kvality vody s regulačnými požiadavkami:

Odpadová voda vypúšťaná do vodného útvaru by nemala mať akútny toxický účinok a voda v kontrolných a iných miestach použitia vody by nemala mať chronický toxický účinok na testované objekty.

V súlade s „Metodickou príručkou pre biotestovanie vody RD 118-02-90“ je biotestovanie ďalšou experimentálnou technikou na kontrolu potreby úpravy hodnôt MPC podľa integrovaného indikátora „toxicita vody“, ktorý umožňuje zohľadniť zohľadňujú viaceré významné faktory: prítomnosť toxických látok v odpadových vodách, novovzniknuté zlúčeniny, metabolity, ktoré sa pri stanovovaní MDS nezohľadňujú, rôzne druhy interakcie chemikálií. Potreba upraviť hodnoty MPC vzniká, ak sa pri biotestovaní vody z kontrolného miesta vodného útvaru zistí, že jej kvalita nezodpovedá požadovanej norme: voda na kontrolnom mieste vodného útvaru by nemala majú chronický toxický účinok na testované objekty (dafnie a ceroidafnia).

Na posúdenie bakteriálnej kontaminácie sa používajú sanitárne-bakteriologické a hydrobiologické ukazovatele.

Mikropopulácia prírodných vôd je mimoriadne rôznorodá. Jeho kvalitatívne a kvantitatívne zloženie je určené predovšetkým zložením vody. Hlboké, veľmi čisté artézske vody sa vyznačujú takmer úplnou absenciou baktérií v dôsledku ochrany zvodnenej vrstvy pred kontaktom s podložnými horizontmi.

Charakteristickým znakom zloženia vody v otvorených nádržiach je jej zmena s ročnými obdobiami: sprevádzaná zmenami v počte a druhovej diverzite mikropopulácie. Bakteriálna kontaminácia povrchových zdrojov je spôsobená najmä vstupom do vodných útvarov povrchového odtoku s obsahom organických, minerálnych látok a mikroorganizmov vyplavených z povodia a odpadových vôd.

Z hľadiska sanitárnej mikrobiológie sa hodnotí kvalita vody
za účelom zistenia jej sanitárnej a epidemiologickej nebezpečnosti resp
bezpečnosť pre ľudské zdravie. Voda hrá dôležitú úlohu pri prenose
pôvodcovia mnohých infekcií; hlavne črevné. Pretože cez vodu
Šíri sa brušný týfus, úplavica, cholera,
infekčná hepatitída atď.

Priame kvantitatívne stanovenie patogénov všetkých infekcií na kontrolu kvality vody nie je možné z dôvodu rôznorodosti ich typov a zložitosti analýzy. V praktickej sanitárnej mikrobiológii sa preto uchyľujú k nepriamym metódam zisťovania potenciálu kontaminácie vody patogénnymi mikroorganizmami.

Sanitárne a bakteriologické hodnotenie kvality vody je založené na stanovení dvoch hlavných ukazovateľov; mikrobiálny počet a počet baktérií skupiny CoH.

Prvý ukazovateľ poskytne predstavu o celkovej kontaminácii vody aeróbnymi saprofytmi, preto sa často nazýva celkový počet aeróbnych saprofytov alebo (stručne) celkový počet. Mikrobiálne číslo sa stanoví nanesením na štandardné médium - mäsový peptónový agar (MPL).

Aeróbne saprofyty tvoria len časť celkového počtu mikróbov vo vode, ale sú dôležitým sanitárnym indikátorom kvality vody, pretože existuje priamy vzťah medzi stupňom kontaminácie organickými látkami a mikrobiálnym počtom. Okrem toho sa predpokladá, že čím vyšší je počet mikroorganizmov, tým väčšia je pravdepodobnosť prítomnosti patogénnych mikroorganizmov vo vode. Mikrobiálne číslo vody z vodovodu by nemalo presiahnuť 100. V prírodných vodách sa tento ukazovateľ pohybuje vo veľmi širokých medziach pre rôzne nádrže a podľa ročných období pre tú istú nádrž. V čistých vodách môže byť počet aeróbnych saprofytov v desiatkach alebo stovkách a v znečistených a špinavých vodách to môžu byť desiatky tisíc a milióny.

Druhý ukazovateľ, počet baktérií skupiny CoH (Escherichia coli), slúži na hodnotenie možnej prítomnosti patogénnych mikroorganizmov vo vode.

Baktérie zo skupiny CoH patria do čeľade Enterobacteriaceae. Ide o tyčinky netvoriace spóry, fakultatívne anaeróby, ktoré fermentujú laktózu a glukózu pri teplote 37°C za tvorby kyseliny a plynu a nemajú oxidázovú aktivitu. Sú stálymi spolubývajúcimi v črevách ľudí a zvierat: neustále a v veľké číslo uvoľnené do vonkajšieho prostredia; zostávajú životaschopné v tomto prostredí dlhšie ako patogénne mikroorganizmy; odolnejšie voči chlóru ako patogény väčšiny infekcií. Práve tieto vlastnosti baktérií zo skupiny CoI umožňujú ich využitie ako sanitárne indikátorové mikroorganizmy. Prítomnosť koliformných baktérií vo vode naznačuje jej fekálnu kontamináciu a ich počet nám umožňuje posúdiť stupeň tejto kontaminácie. Na kvantitatívne stanovenie koliformných baktérií sa používa fuchsín-sulfitový agar (Endo médium).

Analýza vody z vodovodu a čistej prírodnej vody sa vykonáva po predbežnom zahustení vody na membránových filtroch.

Výsledky sú vyjadrené ako coli index - počet baktérií v 1 litri vody.

Niekedy sa robí prepočet stanovením titra coli – najmenšieho objemu vody (v ml) obsahujúceho jednu E. coli. Coli-titer = 1000/coli-index.

Index coli vody z vodovodu by nemal byť vyšší ako 3. Prípustný index coli vody z vodovodných zdrojov závisí od zamýšľaného spôsobu úpravy. Ak sa plánuje iba chlórovanie vody, potom coli-index vody pri zdroji by nemal presiahnuť 1000, s úplným čistením vody - 10 000.

V osobitných podmienkach sa podľa sanitárnych a epidemiologických ukazovateľov uchyľujú k určovaniu enterokokov a enterovírusov salmonely vo vode a vykonávaniu vodných testov na patogénnu mikroflóru.

Okrem sanitárnych a bakteriologických testov sú zdroje povrchovej vody charakterizované aj údajmi z hydrobiologického pozorovania. Mikroskopovaním vzorky vody sa stanoví počet buniek fyto- a zooplanktónu. Tieto ukazovatele sa výrazne líšia podľa ročného obdobia – tak v počte organizmov, ako aj v ich druhovej diverzite.

Počas jarno-letného obdobia intenzívneho rozvoja rias (kvitnutie nádrže) môže obsah fytoplanktónu v povrchových vodách dosiahnuť 50 tisíc buniek na 1 ml. V lete je zooplanktón veľmi rozmanitý a zastupujú ho nižšie kôrovce, vírniky a larvy mäkkýšov. Vo vode môžu byť aj bentické organizmy: červy, larvy hmyzu. V zime voda obsahuje najmä nižšie kôrovce. Počet organizmov zooplanktónu sa zvyčajne vyjadruje ako počet jedincov na 1 m3 vody. Vo vode prameňov sa nachádzajú aj organizmy viditeľné voľným okom. Ich počet sa odhaduje podľa počtu exemplárov na 1 m3. Pre rieky strednej zóny európskej časti našej krajiny je koncentrácia zooplanktónu 100-10 000 exemplárov. v 1 m vody. Zvyčajne je ich niekoľkonásobne menej ako organizmov zooplanktónu.

IN pitná voda planktonické organizmy, ako aj organizmy viditeľné voľným okom, by nemali chýbať.