Biotestiranje je metoda za ocenjevanje kakovosti habitata (strupenost snovi) s poskusi s testnimi objekti.Določeno število (običajno 10) testnih objektov damo v vzorce naravne vode in po preteku. Nekaj ​​časa ga primerjajo s kontrolo (npr. vodna bolha: za ugotavljanje akutne toksičnosti traja 4 dni, za kronično 20-24 dni.) Vzorec dna sedimentov posušijo, naredijo izvleček, nato vse skupaj počistijo. po shemi z vodno bolho

Biotestiranje pri vrednotenju strupenosti odpadne vode

Pri preučevanju strupenosti odpadne vode ni dovoljeno vzeti enega vzorca.Število potrebnih porcij je izbrano na podlagi izkušenj z izvajanjem analize (v skladu z metodološkimi navodili in državnimi standardi), vzorci se običajno jemljejo vsako uro čez dan. , nato se vse temeljito premeša in se vzame zahtevana količina vode za biotestiranje .vzorcev, odvzetih za študije toksičnosti, ni mogoče ohraniti in tukaj je vse kot pri 1. vprašanju: dva kozarca s testno vodo in kontrolo

Biotestiranje pri ocenjevanju toksičnosti kemične snovi. Indikatorji toksičnosti (LC50, LD50 itd.)

Toksičnost kemikalij je določena z letalno dozo (za toplokrvne testne objekte) in smrtno koncentracijo (za vodne). LC50 (let.konc.) - takšna koncentracija v-Ba, ki povzroči odmrtje 50% testnih ormov v določenem času Kot testne objekte se uporabljajo tudi alge, zanje je nemogoče določiti LC50, zato , indikator IC50 (inhibitorna koncentracija-upočasnitev rasti kulture).Za ugotavljanje toksičnosti kemičnih snovi ga razredčimo v vodi v razmerju 1/10,1/100,1/1000. Vzamemo 2 vzorca (kozarca) in kontrolo Po določenem času vzorce primerjamo s kontrolo, izberemo takšno koncentracijo, da natančno določimo LC50

Testni organizmi, ki se uporabljajo pri biotestiranju. Kriteriji za izbiro testnih organizmov

Testni objekt - organizem, ki se uporablja pri ocenjevanju toksičnosti snovi, talnih usedlin, voda in tal. Posebej gojen v laboratorijske razmere organizem, različne sistemske pripadnosti (podgane, alge, praživali, ribe) Zahteve zanje: genetsko homogeni (čiste linije), prilagojeni laboratorijskim razmeram, idealno reakcija naj ne bo odvisna od sezonskih in dnevnih ciklov Nabor testnih objektov je določeno z metodami

testne funkcije

Testna funkcija - merilo toksičnosti, ki se uporablja pri biotestiranju za karakterizacijo odziva testnega predmeta na škodljiv (negativen) učinek okolja. Na primer: umrljivost / preživetje (običajno se uporablja za praživali, žuželke, rake, ribe), plodnost / število potomcev, čas njegovega pojava, pojav nenormalnih odstopanj. Za rastline stopnja kalitve semena, dolžina primarne korenine itd.

Glavna merila za ocenjevanje toksičnosti na podlagi rezultatov biotestiranja

Toksični učinek je sprememba katerega koli vitalnega znaka pod vplivom strupenih snovi, odvisno od značilnosti in-in. Pri umiranju v vzorcu<10% от контроля можно говорить о том,что среда не токсична.10-50% - среда безвредна.>50% - okolje je strupeno

Vzorčenje, transport vzorcev, njihova priprava za biotestiranje

Za pridobitev zanesljivih informacij o toksičnih lastnostih vzorca ga je treba pravilno odvzeti in shraniti do izvedbe testa.S pomočjo zemljevida ali rečnega diagrama izberite mesta vzorčenja (postaje). Za natančnejšo oceno kakovosti vode se na vsaki postaji odvzame več vzorcev. Vzorec se iztisne in prenese v plastično posodo.Biotestiranje vzorcev vode se izvede najkasneje 6 ur po njihovem odvzemu.Pri dolgotrajnem transportu vzorca se lahko njegova temperatura zniža na +4 stopinje.

Značilnosti akutnih in kroničnih bioloških poskusov

test akutne toksičnosti se izraža v smrti organizmov v določenem časovnem obdobju (včasih nekaj sekund ali več dni).Kronična toksičnost se pokaže šele po nekaj dneh in praviloma ne povzroči hitre smrti organizem, se izraža v kršitvi vitalnih funkcij, pojavu toksikoze

Pri ocenjevanju ekološke situacije je treba upoštevati toksičnost tako analiziranih skupin onesnaževal kot produktov njihove presnove. Nekatera onesnaževala v naravnem okolju pod vplivom ultravijoličnega sevanja, pri spreminjanju kislinsko-bazičnih razmer ipd. lahko tvorijo snovi, ki so bolj strupene od prvotnih. Poleg tega pogosto čez analitične raziskave Vendar pa zaradi znanstvenih in metodoloških težav študije ostaja skupni učinek onesnaževal, ki se kaže v aditivnosti, potenciranosti in zaviranju delovanja. V zvezi s tem je poleg običajnih metod kemijsko-analitskega nadzora, ki se uporabljajo za reševanje problemov določanja virov onesnaženja, ocenjevanja kakovosti stanja okolja ali okoljskega monitoringa, učinkovita uporaba metod biotestiranja.

Biotestiranje imenovana metoda za določanje stopnje toksičnih učinkov fizikalnih, kemičnih in bioloških dejavnikov okolja, ki so potencialno nevarni za žive organizme določenega ekosistema. Biotestiranje se izvaja eksperimentalno v laboratoriju ali v naravnih pogojih z beleženjem bioloških sprememb pomembni kazalniki preiskovani naravni ali naravno-tehnogeni predmeti z naknadno oceno njihovega stanja v skladu z izbranimi merili strupenosti. V bistvu je biotestiranje določanje toksičnosti vzorca (voda, zemlja, talni sedimenti itd.) za dano kulturo organizmov v eksperimentalnih pogojih.

Preizkusni objekti (organizmi) so lahko bakterije, kvasovke, praživali, alge, pijavke, mehkužci, ribe itd. posameznih teles, tkiva ali celice. Biotest se uporablja za ugotavljanje splošne toksičnosti, mutagenosti in rakotvornosti. V prvem primeru se zabeležijo znaki smrti organizmov, morfološke motnje, morfološke in funkcionalne spremembe ter odstopanja v njihovem vedenju in motorični aktivnosti. Študija mutagenosti in rakotvornosti se izvaja s kratkotrajnimi testi za odpravo kromosomskih poškodb, genskih mutacij in poškodb DNK z oceno nevarnosti snovi. Metoda biotestiranja se včasih obravnava kot alternativa sistemu najvišjih dovoljenih koncentracij onesnaževal v različnih sestavinah okolja, ki je po mnenju številnih raziskovalcev (Opekunov, 2014) v svojem znanstvenem in metodološkem bistvu malo utemeljena.

Vpliv na testni objekt je mogoče izvesti s simulacijo vseh možne načine vnos škodljivih snovi v telo. Glavni preskusni medij je voda, manj pogosto atmosferski zrak. Možno je tudi preučevanje posrednega vpliva na testni objekt trdnih sestavin okolja: tal, mlečnih usedlin, prsti. V tem primeru se uporabijo porne vode teh medijev ali vodni ekstrakti iz njih, pridobljeni s konvencionalnimi tehnikami. Poleg tega se lahko biološki testi izvedejo v fazi delcev. Še vedno pa so glavni predmet uporabe metod biotestiranja odpadne in naravne vode.

IN Zadnja leta metode biotestiranja so se začele aktivno uporabljati pri ocenjevanju kakovosti morskega okolja. Najprej je to posledica obsežnega razvoja virov nafte in ogljikovodikov epikontinentalnega pasu in celinskega pobočja Svetovnega oceana. Testi so namenjeni ocenjevanju kakovosti morskega okolja ter toksičnosti industrijskih in vrtalnih voda ter ostankov vrtin. Hkrati ostaja najtežji problem testiranja morskega okolja izbira testnih objektov, ki jih v že ustaljeni praksi biološkega nadzora predstavljajo predvsem sladkovodne oblike organizmov. Zato se trenutno pri biotestiranju morskega okolja daje prednost vrstam, ki naravno naseljujejo ta vodna območja.

Metoda biotestiranja temelji na primerjavi testnih vzorcev s kontrolnimi v določenem časovnem obdobju. V tem primeru se izvede eksperimentalno biotestiranje (do nekaj ur), ocena akutnih toksičnih učinkov (v 1-3 dneh po izpostavljenosti), kroničnih toksičnih učinkov (po 7-10 dneh izpostavljenosti), kot tudi napoved dolgoročne izpostavljenosti. posledice (po 2-3 tednih izpostavljenosti). Skupno je bilo do sedaj razvitih več kot 50 standardov.

Najpogosteje uporabljen testni objekt je rak Daphnia tadpa, ki se uporablja pri spremljanju toksičnosti odpadnih voda in identifikaciji virov onesnaženja. Preizkusi vedenjskih in fizioloških reakcij rib (metoda ribjih testov), ​​zlasti za reakcijo rib, ki zapuščajo nevarno območje, so bili deležni široke odobritve. Spremembe se uporabljajo tudi kot indikatorji strupenosti za okolje. motorična funkcija pijavke, reakcije zapiranja ventilov mehkužcev, stopnje porabe kisika pri holoturijah itd.

Za določitev toksičnosti naravnih sladkih voda in mlečnih usedlin, odplak in odpadnih vrtalnih tekočin je Ministrstvo za naravne vire Ruske federacije (2002) priporočilo uporabo metod biotestiranja za zmanjšanje ravni bakterijske bioluminiscence. Photobacterium phosphoreum, zmanjšanje povečanja števila migetalk Tetrahymena pyriformis, ki zavirajo rast sladkovodnih alg scenedesmus quadricauda, smrt rakov Daphnia tadpa in Ceriodaphnia affinis, preživetje in plodnost rakov Ceriodaphnia affinis, smrt rib guppy Poecillia reticulata.

Ministrstvo za naravne vire Ruske federacije priporoča oceno toksičnosti morske vode in sedimentov na dnu, odpadne vode različnih stopenj slanosti in odpadne vrtalne tekočine, ki se izpuščajo v morske vode z uporabo metod biotestiranja za zaviranje rasti enoceličnih alg. Phaeodactilum tricomutum, pogin rakov Artemia salina in ribe Poecillia reticulata, zmanjšanje ravni bioluminiscence bakterij photobacterium phosphoreum.

Fluorescenčna analiza alg in višjih rastlin se uporablja v številnih bioloških testnih sistemih, ki se uporabljajo v ekotoksikologiji. Z intenzivnostjo fluorescence, ki jo vzbuja konstantna svetloba, je mogoče določiti koncentracijo klorofila v morski vodi pri nizkih vrednostih (do 0,05 mg / m 3 klorofila). A). Spremembe fluorescence z različno intenzivnostjo vzbujanja lahko služijo kot pokazatelj fotosiptetične aktivnosti in fiziološko stanje fotosintetski organizmi. Metoda za merjenje številčnosti in prikazovanje spremembe stanja fitoplanktona v naravnih vodah s fluorescenčno metodo (FR.1.39.2011.11246, PNDF 14.2.268-2012) je potrjena za namene državnega nadzora okolja v razdelku »Kvantitativna kemična analiza voda« (Kotelevtsev et al., 2012). Metoda na splošno omogoča podati celostno oceno kakovosti naravne vode, saj lahko spremembo fotosintetske aktivnosti povzročijo tako njena onesnaženost kot neugodni okoljski dejavniki, kot npr. toplota in slanost, pomanjkanje elementov mineralne prehrane itd. (Melekhova, 2007; Kuznetsova et al., 2011). V sodobni praksi so standardizirane metode biotestiranja toksičnosti vzorcev površinske sveže, mlete, pitne, odpadne vode, vodnih izvlečkov iz zemlje, blata čistilnih naprav in odpadkov na sladkovodne zelene mikroalge rodu Chlorella in scenedesmus gojijo po splošno sprejeti metodi. Glavni indikatorji toksičnega učinka so rast in preživetje kulture, sprememba stopnje fluorescence klorofila in število celic alg (K). S. Grigoriev // 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 in drugi). IN Zadnje čase pojavila so se dela o biotestiranju vpliva nanodelcev na ekosisteme (slika 26). Alge veljajo za obetavne objekte za testiranje nanomaterialov, pri katerih so preučevali zaviranje rasti, spremembe celične morfologije in fluorescenco kot bioseizorje toksikoloških učinkov (Kotelevtsev et al., 2012). Tako so na primer ugotovili vpliv srebrovih nanodelcev, nanocevk, nanodiamantov in nanokompozitov na fluorescenco alg. Chlorella vulgaris in Chlamydomonas reinhardtii(Matorin et al., 2009).

Za celovito okoljsko spremljanje sprememb v morskem okolju na območjih razvoja mor naftna in plinska polja S. A. Patin (1997) predlaga uporabo testnih reakcij bakterij, protozojev Stylonichia mytilis, Tintinnop-

riž. 26.

sis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera, enocelične alge Coscinodiscus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella, makrofiti , zooplankton Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina, ribe Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus maximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts in makrobentos in drugi (tabela 10).

Za ugotavljanje toksičnosti tehnogeno onesnaženih tal se pogosto uporablja merjenje kalivosti semen in dolžine korenin sadik višjih rastlin (RD 52.18.344-93, ISO 11269 itd.). V ta namen se preučujejo zlasti semena ovsa. Ovena sativa(Metodologija Sankt Peterburškega znanstvenoraziskovalnega centra za ekonomijo in ekonomijo Ruske akademije znanosti, FR. 1.39.2006.02264), redkev Raphanus sativus(Nechaeva et al., 2010; Voronina, 2013), vodna kreša Lepidium sativum(Eremchenko, 2013; Seifert in sod., 2013; Maistrenko in sod., 2013), grah Pisum sativum(Kryatov et al., 2013), gorčica Brassica juncea L. (Lisovitskaya, 2013), navadni bor Pinus sylvestris(Freiberg et al., 2002; Stetsenko, 2004) in drugi.

V Laboratoriju za ekologijo rastlinskih združb Botaničnega inštituta Akademije znanosti ZSSR je bila razvita modifikacija metode testiranja korenin za oceno odpornosti rastlin na povečano vsebnost HM v mediju (Alekseeva-Popova, 1985). , 1991). Zaradi svoje enostavnosti in učinkovitosti (ekspresivnosti), dovolj visoke občutljivosti je najbolj razširjena v vegetativnih poskusih. To je ekspresna metoda za ugotavljanje stabilnosti predmetov na sadikah med Tabela 10 Priporočene skupine in vrste morskih organizmov ter njihove testne reakcije za uporabo pri biotestiranju v sistemih integriranega ekološkega

spremljanje (Patin, 1997)

Skupina in vrsta testnih organizmov	Preizkušano okolje	Testna reakcija in indikator
Heterotrofni mikroplankton, bakterije	Voda, površinski mikrosloj debeline približno 1 mm (PMS)	Spremembe v dinamiki VPC, dominantnost vrst, stopnja uničenja substratov, mutagena aktivnost
Praživali ( Stylonichia mytilis, Tintinnopsis biroidea, Noctiluca seintillans, Cristigera)	Pridneni sedimenti, rovne vode, eluati, sluz, izplake	Zmanjšano preživetje, spremembe v stopnjah razmnoževanja in rasti, motena mobilnost in morfologija
Enocelične alge, regionalne dominante ( Coscinodiscus, Ditylum, Gyrodinium, Exuviella in itd.)	Voda, odtoki	Spremembe v hitrosti delitve in števila celic, kršitve intenzivnosti fotosinteze in fluorescence, anomalije pigmentna sestava in itd.
Makrofiti ( Laminaria, Macrocystis pyrifera in itd.)	Voda, odtoki	Spremembe v hitrosti rasti, motnje usedanja zoospor, morfološke in elektrofiziološke anomalije
Zooplanktonski filtrati ( Acartia, Eurotimora, Tigriopus, Calanipeda, Artemia salina in itd.)	Voda, PMS, odtoki	Zmanjšano preživetje in plodnost, moteno razmnoževanje, vedenje in trofična aktivnost, morfološke in druge nepravilnosti
Ribe (ikre, ličinke, mladice) ( Salmo gairdner, Trachurus trachurus, Limanda limanda, Gadus morhua, Scophthalmus maximus, Sprattus sprattus, Spicara smarts in itd.)	Voda, PMS, odtoki	Povečana umrljivost in pogostnost morfoloških nepravilnosti, podhranjenosti, rasti, dihanja, vedenja, fizioloških in drugih kazalcev
Makrobentos (odrasli zarodki, ličinke) ( Mytilus edulis, Crassostrea gigans, Macoma, Echinocardium, Arenicola in itd.)	Voda, PMS, talni sedimenti, odtok, blato	Zmanjšano preživetje, oslabljeno razmnoževanje, zastoj v rasti, vedenjske, fiziološke in druge nenormalnosti

2-3 tedne: kontrolna raztopina je oblikovana za gojenje rastlin različnih taksonov in testiranje širokega razpona koncentracij kovin. V pogojih enega poskusa je mogoče oceniti specifičnost delovanja posameznih kovin, pa tudi primerjati stabilnost različni tipi in populacije ene vrste na določeno kovino. Pod vplivom toksičnih koncentracij HM opazimo zaviranje rastnih procesov. Zmanjšanje rasti korenin je povezano s koncentracijo kovin, reakcija korenin pa se jasno kaže tudi pri rahlem povečanju odmerka kovine. Z metodo koreninskega testa so medvrstne in intraspecifične razlike v odpornosti na Cu, Ni, Mn, Zn, Pb in Cc1 rastlin različnih sistematskih taksonov (žita rod. Roaseae- pšenica, oves, ječmen; dvokaličnice - družina. stročnice fabaceae, družina križnice Brassicaceae, družina Compositae Asteraceae, družina labiales Lamiaceae in itd.). Rezultati laboratorijske raziskave omogočajo priporočanje metode koreninskega testa za izolacijo kovinsko odpornih populacij vrst, primernih za gojenje na kmetijskih zemljiščih v onesnaženih razmerah, kot tudi za rekultivacijo prizadetih zemljišč.

Biotestiranje je veliko hitrejši način ocenjevanja kakovosti vode v primerjavi s tradicionalnimi pristopi spremljanja stanja okolja. Ta metoda je cenejša, njene metode in rezultati pa so bolj dostopni nestrokovnjaku. Metode biotestiranja se nenehno izboljšujejo, predlagajo se novi pristopi in oprema za izvajanje poskusov, se certificirajo in patentirajo (Grigoriev, Shashkova, 2006; Zhmur, 2007; Zhmur, Orlova, 2007; Mayachkina, Chugunova, 2009; Maltseva, Okhapkina). , 2010; Grigoriev, Tyutkova, 2011; Bardina et al., 2013; Grigoriev, 2013 itd.).

Trenutno se tako v Rusiji kot v tujini intenzivno razvijajo raziskave za ustvarjanje sredstev za samodejno spremljanje onesnaženosti vode v realnem času. Najbolj obetavne so v tem pogledu metode, ki temeljijo na merjenju odzivov fizioloških in vedenjskih biomarkerjev (Kurylenko, 2004; Karmazinov in sod., 2007; Kholodkevich in sod., 2006, 2011 itd.). Najpogosteje uporabljene metode za beleženje kardioaktivnosti bentoških nevretenčarjev s trdo zunanjo ovojnico, kot so raki, raki in mehkužci. V vsakem posameznem vodnem območju lahko različni predstavniki bentoških združb delujejo kot »ciljna vrsta«. Tako se na primer trenutno na vseh vodnih odjemih vodovodov v Sankt Peterburgu uporablja biološka enota za spremljanje kakovosti vode, razvita v Sanktpeterburškem raziskovalnem centru za ekonomijo in ekologijo Ruske akademije znanosti, ki določa strupenost vode iz reke Neve v realnem času. Srčni utrip in indeks stresa sta uporabljena kot biomarkerja - ena najpomembnejših značilnosti variacijske pulzometrije. Kontinuiteto in neprekinjeno merjenje teh fizioloških parametrov zagotavljajo posebni pretočni akvarijski sistemi s tremi pari rakov. Pontastacus leptodactylus Esch.

Na splošno ima pri ocenjevanju stopnje strupenosti za okolje metoda biotestiranja kot dopolnilo kemijsko-analiznemu kompleksu številne nedvomne prednosti:

• 1) preskusni predmet se praviloma odziva na razmeroma šibke antropogene obremenitve zaradi učinka kumulacije škodljive doze;
• 2) test povzema učinek vseh brez izjeme biološko škodljivih antropogenih dejavnikov, vključno s fizikalnimi in kemičnimi učinki;
• 3) glede na rezultate testiranja so precej zanesljivo razkrite tendence sprememb razmer v okolju.

Ugotovljene pa so bile tudi številne težave pri uporabi obravnavane metode. Pomemben problem pri uporabi najpreprostejših organizmov je njihova nezdružljivost z večceličnimi organizmi, katerih reakcija na enake spremembe v vodnem okolju je lahko različna. Tako je na primer pri migetalkah reakcija na HM opažena že pri koncentracijah, ki so za več velikosti nižje od MPC v vodi. Pri biogenih spojinah je ravno nasprotno: reakcija se manifestira pri koncentracijah, ki presegajo MPC za več vrst velikosti. Poleg tega so slabosti metode nizka zanesljivost, težave pri interpretaciji rezultatov in njihovem prenosu iz ene vrste v drugo ter pomanjkanje razvitih ocenjevalnih lestvic. Vse to močno oteži proces standardizacije metode, brez katere je skoraj nemogoče odpraviti napake v mehanizmu državnega testnega nadzora.

Da bi se izognili vsaj nekaterim zgoraj navedenim težavam, so strokovnjaki v zadnjih letih predlagali nove znanstvene in metodološke pristope k izbiri testnih organizmov, ki temeljijo na evolucijskih, fizioloških, psiho-vedenjskih in drugih značilnostih (Zaitseva, Kovalev, 1994). . Bistvo teh predlogov je upoštevati glavne značilnosti prilagoditvenih procesov in podatke o občutljivosti in odpornosti testnih organizmov, uvesti elemente otološke analize v prakso biotestiranja, pa tudi pravilno določiti čas testiranja. Po zgornjih kriterijih so najprimernejši nevretenčarski hidrobioiti (raki in polži), ki imajo dokaj visoko stopnjo organiziranosti. Pri testiranju mlečnih usedlin se kot testni objekt priporočajo bentoški nevretenčarji (Gudimov in Gudimova, 2002). Primernost sočasnega splošna ocena testi toksičnosti vode za onesnaževala. V tem primeru se lahko uporabi sposobnost nekaterih organizmov, da reagirajo na določena onesnaževala. Resno si je treba prizadevati za razvoj enotnih lestvic za biološko oceno strupenosti za okolje.

Poleg tega je treba pri izvajanju biotestiranja trdnih sestavin upoštevati več vidikov. Prvič, rezultati določanja toksičnosti tal in vodnih izvlečkov iz njih z biotestiranjem se lahko v nekaterih primerih bistveno razlikujejo (Bakina in sod., 2004; Mayachkina in Chugunova, 2009). Na primer, toksičnost tal, določena z metodo kalitve semen višjih rastlin neposredno v tleh, je višja od toksičnosti vodnih izvlečkov iz istih tal, določenih s testnimi predmeti, tradicionalnimi za vodno toksikologijo. Razlika v rezultatih je še posebej velika, če so tla onesnažena s toksičnimi snovmi, ki so slabo topne v vodi, na primer s produkti hidrolize peftija ali gorčice. Drugič, pri določanju stopnje strupenosti tal z metodami biotestiranja velik pomen ima občutljivost poskusnih organizmov na strupene snovi. Najbolj pravilen rezultat je dosežen z uporabo več testnih predmetov iz različnih sistematskih skupin. Regulativni dokumenti priporočajo uporabo vsaj dveh testnih organizmov. V znanstveni literaturi so bili objavljeni dogodki o ustvarjanju testnega sistema, sestavljenega iz treh ali štirih predstavnikov živalskega in rastlinskega sveta. Torej, na primer, predstavniki treh trofične ravni: proizvajalci - Triticum vulgare L. koisumeites - Daphnia magna Straus, Paramecium caudatum; razkrojevalci so talni mikroorganizmi (Bardina in sod., 2013; Kapelkia in sod., 2013). Biološko testiranje je indikativno na primer za gupije, mehkužce in vodne bolhe ali uporaba sistema Paramecium caudatum - Chlorella vulgaris - Escherichia coli. V tem primeru se uporabljajo naslednji kriteriji: v primeru pogina 50% osebkov enega organizma se voda oceni kot rahlo strupena, v primeru pogina 50% osebkov vseh testiranih vrst , kot zelo strupeno.

Preverjanje kompleksa bioindikacijskih metod za ocenjevanje stanja okolja se lahko izvede tako v laboratoriju v pogojih nadzorovanega poskusa kot z uporabo različnih statističnih metod za oceno zanesljivosti razmerja med indikatorjem in predmetom indikacije. Sem spadajo regresijska, faktorska in grozdna analiza. Izbira metode je odvisna od posebnih nalog in obsega indikatorske ocene ozemlja.

Tako je trenutno razvitih veliko število metod in tehnik bioindikacije, ki se pogosto uporabljajo v praksi spremljanja okolja. Fitoindikacijska metoda omogoča oceno kompleksnega antropogenega vpliva in njegovih ekoloških posledic v naravnih in tehnigensko motenih krajinah. Nepogrešljiv je pri izvajanju raziskav na težko dostopnih območjih in kjer ni nadzornih opazovalnic. Glede na intenzivnost antropogene obremenitve se kompleks fitoindikacijskih metod spreminja. Fiziološke in biokemične značilnosti indikatorskih vrst omogočajo prepoznavanje motenj v zgodnjih fazah antropogenega vpliva na ekosisteme. Morfološka analiza in uporaba testnih objektov se priporoča v vseh vrstah ekosistemov za pridobitev ocene kompleksnega antropogenega vpliva. Uporaba testnih predmetov v eksperimentalnih pogojih omogoča vzpostavitev kvantitativnih razmerij v sistemu "odmerek-učinek". Za hitro oceno ekološkega stanja industrijskih regij z različnimi stopnjami motenj je obetavna uporaba različnih fitoindikacijskih metod. Floristične in fitoceotske metode se lahko uporabljajo na območjih naravnih geokemičnih anomalij in v rahlo motenih naravnih ekosistemih. Za kvalitativno oceno kompleksnega antropogenega vpliva se priporoča morfološka analiza in uporaba testnih objektov v vseh vrstah ekosistemov. Za kvantitativno karakterizacijo in identifikacijo vira onesnaženja mora kompleks metod vključevati analizo vsebnosti onesnaževal.

V rahlo motenih naravnih ekosistemih pod vplivom lokalnih virov onesnaženja je fitoidifikacija namenjena nadzoru enega ali več glavnih dejavnikov antropogenega vpliva. Glede na naravo vira onesnaženja se bo sistem priporočenih metod indikacije fitoidov spreminjal. Ker v teh pogojih prevladuje naravni način delovanja ekosistemov, potem je npr. pri nadzoru emisij emisij v ozračje, lišajna indikacija, dendro indikacija, primerjalna analiza bioproduktivnosti naravnih in motenih zemljišč ter nadzor nad spremembami v kemična sestava komponente ekosistema. Študijo epifitskega pokrova lišajev je mogoče priporočiti za izvajanje v praksi monitoringa, saj tehnika omogoča upoštevanje celotne vrstne raznolikosti in številčnosti lišajev ter celotnega projektivnega pokrova epifitskega pokrova kot celota. Slednji ne zahteva poglobljenega lichenološkega znanja in ga lahko uporablja širok krog strokovnjakov.

Pri destruktivnih antropogenih spremembah krajine, vključno s krčenjem gozdov, melioracijo, rekreacijsko in pašno degradacijo itd., je floristični pristop (spremembe vrstne sestave fitocenoz, pojav ali izginotje indikatorskih vrst) v kombinaciji z analizo sprememb bioproduktivnosti. daje največji učinek. Stanje fitoceioze je mogoče oceniti tradicionalne načine upoštevanje biomase z metodami sečnje in transekta, z višino zelišč ali indikatorskih rastlinskih vrst ter z letno linearno in radialno rastjo dreves. Spremembe kemične sestave rastlin so v tem primeru manj specifične in niso obvezne.

IN ekosistemov na območjih tehnogenih anomalij transformacija PTK je tako velika, da v teh pogojih ni mogoče uporabiti fitocenotičnih in lišajnoindikativnih metod. Za oceno prostorske diferenciacije območja glede na stopnjo onesnaženosti je potrebno izbrati eno ali dve (medsebojna zamenjava) indikatorski vrsti, ki sta na proučevanem območju vseprisotni. Antropogeni vpliv, ki ga spremlja onesnaženje komponent ekosistema, vodi skupaj s spremembo kemične sestave rastlin do zaviranja vitalnih funkcij in vseh vrst motenj v poteku fizioloških procesov, predvsem pa fotosintetske aktivnosti. Občutljiv indikator je razmerje klorofilov A in 6, vendar takšne študije zahtevajo dokaj dobro opremljen laboratorij in določeno usposabljanje specialistov. Pri izvajanju obsežnih opazovalnih del je bolj priročno uporabljati lestvice za nadzor kloroze in nekroze listov ter starost iglic izoliranih dreves ali grmovnic. Študija variabilnosti spektralnih odbojnih lastnosti fotosintetskih organov je obetavna za hitro oceno antropogenih vplivov.

Posebej pomembna je izbira bioindikacijskih metod za ocenjevanje urbaniziranih območij – urbanih ekosistemov. Največja napetost ekološke situacije je opažena v velikih industrijskih urbanih aglomeracijah. Rastline kot glavni akumulatorji strupenih spojin v urbanem okolju igrajo pomembno vlogo pri njegovem izboljšanju, medtem ko doživljajo vpliv onesnaževal, ki zavirajo njihovo življenjsko aktivnost. Kopičenje onesnaževal v rastlinah odraža stopnjo onesnaženosti ozračja in tal v urbanih ekosistemih. Uporaba fitoidnih indikatorjev omogoča ugotavljanje časovne dinamike onesnaženja, razlikovanje njegovih glavnih virov in določanje njihovega prispevka k skupnemu onesnaženju. Pri preučevanju velikih mest enega od resne težave je izbira referenčnih standardov. Ta problem je delno rešen z uporabo testnih objektov. Okoljsko testiranje je bilo uspešno uporabljeno tako za oceno onesnaženosti urbanega okolja kot tudi za ekološko kartiranje posameznih industrijskih območij mesta. Najučinkovitejše v tem pogledu je bryo- in lichen-indikativno testiranje gojišča. Proučevanje stanja same rastline - zaviranje vitalnih funkcij, kloroza in nekroza, morfološka variabilnost - je podlaga za ekspresne metode ocenjevanja onesnaženosti urbanega okolja. Narava prilagajanja rastlin na tehnogene obremenitve je v mnogih pogledih podobna strategiji prilagajanja rastlin, izpostavljenih naravnim geokemičnim anomalijam. Zato je obetavno proučevanje in primerjalna analiza naravnih in tehnogenih rastlinskih populacij, odpornih na visoke koncentracije kovin.

Če povzamemo zgoraj navedeno, je treba poudariti, da so prednosti bioindikacije pred instrumentalnimi metodami relativno nizki stroški, visoka hitrost pridobivanja informacij in sposobnost dolgoročnega označevanja stanja okolja. Uporaba bioindikacijskih metod v kombinaciji z računalniškimi tehnologijami in strokovnimi ocenami omogoča napovedovanje sprememb v ekosistemih s povečanjem antropogenega pritiska, oblikovanje priporočil o optimalnem načinu upravljanja z naravo in oceno stopnje okoljske nevarnosti antropogenega onesnaženja.

Za reševanje številnih uporabnih problemov upravljanja z naravo so potrebne ekspresne metode okoljske presoje stanja okolja. Sem spadajo predvsem morfološke, floristične in fitocenotske metode. Njihova prednost je v relativni enostavnosti terenskega raziskovanja in zbiranja informacij ter v zmožnosti ugotavljanja skupnega vpliva celotnega kompleksa dejavnikov v določenih pogojih.

Bioindikacija omogoča oceno kompleksnega antropogenega vpliva tako na naravne objekte kot na ozemlje urbanih in kmetijskih krajin. V tem primeru lahko uporabimo dva pristopa za ocenjevanje reakcij organizmov na vplive okolja. Prvi vključuje preučevanje reakcij vrst in njihovih skupnosti, ki so razširjene na območju študije, drugi - preučevanje reakcij rastlinskih testnih predmetov, umetno nameščenih na danem ozemlju.

Zdaj pa preidimo na reševanje problema izbire primernega testnega organizma. In hkrati si bomo ustvarili predstavo o splošna strupenost vode v akvariju.

Izkazalo se je, da lahko celotno toksičnost vode v akvariju ocenite samo z opazovanjem polžev.

Sama po sebi je zelo preprosta in ni slaba ideja, da v testni vzorec damo nek organizem, ki živi v vodi, in vidimo, kaj se z njim zgodi. In potem se odločite, ali je ta voda dobra ali slaba? Uresničiti takšno idejo pomeni izvesti biotest. Ostaja le odgovoriti na 2 vprašanji:
1. Kakšen organizem ( imenoval se bo testni organizem) izbrati?

2. Kaj naj bi se mu pravzaprav zgodilo oziroma na podlagi kakšnih pojavov lahko sodimo toksičnost ?

Vendar, če teoretična osnova vam ni mar za biotestiranje in želite samo vedeti, kako je mogoče toksičnost vode določiti z ampulami polžev, potem lahko preskočite del spodnjega gradiva in greste naravnost na.

Kateri telesni test izbrati?

Do danes je število testni organizmi. (Poskusni organizem je nesrečno bitje, po reakcijah katerega bomo presodili strupenost vode). Razvito strogo, uradno sprejeto s strani Ministrstva za naravne vire Ruska federacija biotesti. Daphnia in ciliati so bili najbolj priljubljeni testni organizmi. Testi temeljijo na kvantitativni oceni njihove smrtnosti. Glede na število smrti se sklepa o strupenosti. Zdi se, da je vse to jasno, enostavno in preprosto, vendar se je v praksi izkazalo, da ni zelo informativno. Če preiskovanci umrejo, potem je jasno, da ima voda toksičen učinek, vendar ali obstaja razlika v stopnji toksičnosti, ko v enem primeru, na primer 40% daphnia je umrlo, v drugih 60%? No, zdi se, da je tam, kjer je 60 % vode, bolj strupeno, a tudi 40 % je precejšnja številka. Mogoče le skupine testnih organizmov niso bile preveč homogene glede odpornosti posameznikov na škodljive vplive, zato je razlika v odstotkih umrljivosti, toksičnost vzorcev pa enaka?
Na splošno je vprašanje statistične zanesljivosti rezultatov bioloških testov takoj v ospredju. Verjeti ali ne verjeti rezultatom biotestiranja je v veliki meri odvisno od statistične pravilnosti eksperimenta. Ampak ne samo. V nič manjšem obsegu je veliko odvisno od izbire samega testnega organizma, kot vrste. Tu je nemogoče ne upoštevati posebnosti njegove biologije in fiziologije. Ponovno vzemimo isto vodno bolho. Kje živi v naravi? No, odkrito povedano, ne v zelo čistih vodah. Akvaristi-ribogojci ga gredo loviti v greznice čistilnih naprav. Diskusi (pa ne samo oni) v takšni vodi ne bodo živeli, mi pa takšne vode ne bomo pili - ne bo nam všeč vonj in okus. Toda vodne bolhe tam živijo in se hitro razmnožujejo, migetalke tudi. Ali je torej mogoče na podlagi njihovih reakcij soditi o strupenosti vode v odnosu do vas in mene (torej do ljudi) in akvarijske ribe? Močno sumim, da je še vedno nemogoče, ne glede na to, koliko avtorjev poskuša dokazati nasprotno. Ne bom se spuščal naprej v znanstveno in znanstveno džunglo sporov okoli biotestiranja, ampak bom nadaljeval z opisom testnega organizma, ki ga bomo uporabili v biotestiranju.
Strupenost vode bomo torej ocenjevali po obnašanju (predvsem poobnašanje, ne po smrtnosti) ampularnih polžev. O teh polžih samih si lahko preberete . Kaj je tako dobrega pri ampulah? Da, številne pomembne funkcije!

1. Polži ampule so termofilni in imajo visoko stopnjo metabolizma.

Pri temperaturi vode 25-30°C potekajo biokemične reakcije v telesu polžev izredno hitro. Veliko jedo, veliko serajo in živahno rastejo. In to pomeni, da bo prisotnost strupenih snovi v vodi hitro vplivala na presnovne procese v njihovem telesu in to bo vidno. Navsezadnje je bistvo delovanja strupenih snovi v tem, da motijo ​​normalen potek biokemičnih reakcij. Toksične učinke je mogoče hitro odkriti. Beseda "hitro" pomeni obdobje od nekaj ur do dveh dni.

Slika 1. Preden ste mladi polžki polži. Kot testni organizmi so dobri zaradi intenzivnega metabolizma. Fotografija jasno dokazuje to tezo. Puščica prikazuje izrastke plašča, ki segajo čez robove lupine. Morda povečajo površino stika plašča z vodo in olajšajo dihanje kože. In morda so nekako povezani s hitro rastjo roba lupine. V vsakem primeru, ko so ti izrastki dobro vidni pri mladih polžkih, se slednji izredno hitro povečajo.

2. Visoka občutljivost in hkrati odpornost ampularije na strupene učinke.

Ampule imajo dve lastnosti, ki sta pomembni za testni organizem. Oniobčutljivana delovanje strupenih snovi (zakaj, točko sem pojasnil zgoraj) in hkratiodporen(odporen) nanje (samo bakrove soli jih ubijejo že v nizkih koncentracijah). Odporne – to pomeni, da ne poginejo takoj. Mimogrede, zato so zelo dobri zagon akvarija kot "pionirske živali". S toksičnim učinkom na telo začnejo manj jesti, se plazijo počasneje, potrebujejo več ali, nasprotno, manj kisika, se zaprejo v lupino s pokrovom in se ograjujejo pred škodljivimi učinki. umazana voda. To pomeni, da se vedenje zastrupljenih polžev razlikuje od vedenja normalnih. Polži vključujejo vse svoje obrambni mehanizmi, ki se odzovejo s stresnim odzivom na prisotnost strupene snovi v vodi in ostanejo živi dolgo časa ali se celo prilagodijo stalni prisotnosti strupa v vodi (glej tuditoksičnost ). Vse to je mogoče registrirati in na podlagi teh vedenjskih reakcij oceniti toksičnost. No, ko polžem res postane slabo (to se zgodi, ko so največje dovoljene koncentracije v vodi presežene za 20-100-krat ali celo več), poginejo. Motnje v obnašanju polžev se torej lahko zaznajo že pri zelo nizkih vsebnostih strupenih snovi v vodi (približno 0,01-0,1 največje dovoljene koncentracije), ti polži pa poginejo šele ob ponavljajočih se prevelikih odmerkih. To pomeni, da bo biotest z njihovo uporabo deloval v zelo širokem razponu toksičnosti. Pomembnost te okoliščine lahko ponazorimo z naslednjim primerom. Glavna pomanjkljivost testa z vodno bolho je zelo ozko območje. Živijo brez opaznih odstopanj od norme, tudi pri znatnih koncentracijah strupene snovi (več mejnih vrednosti koncentracije, kaj je napisano v prvi članek o biotestiranju ), ne da bi ga zaznali, ampak takoj poginejo z zelo rahlim nadaljnjim povečanjem njegove koncentracije.

3. Visoka stopnja organiziranosti ampule.

Ampule so precej zapletena bitja (za razliko od na primer ciliatov). Imajo skoraj enak anatomski in fiziološki sistem kot ti in jaz: živčni, motorični, prebavni, izločevalni, dihalni, reproduktivni, humoralni ( hormonska regulacija telesne funkcije). Njihovo telo kot odziv na različne škodljive zunanji vpliv se odzove z nespecifičnim odzivom na stres, ki vključuje vse sisteme. Na podlagi te reakcije je mogoče oceniti celotno strupenost vode, ki je ni mogoče določiti s katero koli strupeno snovjo, temveč s skupnim učinkom številnih onesnaževal, prisotnih v vodi.

4. Vedenje polžev vključuje različne vedenjske odzive.

Kot sem že napisal, je vedenje polžev precej raznoliko. To omogoča presojo strupenosti njihovega habitata glede na odstopanje teh vedenjskih reakcij od norme.

Video ni viden, verjetno vaš brskalnik ne podpira videa HTML5

Jabolčni polži imajo pljuča in škrge. V vodi, katere oksidativnost je nizka, je veliko kisika in polži dihajo predvsem s pomočjo škrg. Redko se dvignejo na površje za prezračevanje pljuč - ne več kot enkrat na 5-10 minut ali celo manj pogosto, medtem ko ohranjajo visoko telesno aktivnost. IN dobri pogoji polži so precej mobilni in lahko dobesedno "letajo" po akvariju, sploh če so lačni. Če mehkužec vstopi v strupeno okolje, se njegovo telo na to odzove s splošnim stresnim odzivom. V prvih urah se potreba polža po kisiku močno poveča. Vse bolj se začne dvigovati na površje za svež zrak. Včasih so intervali med ločenimi "zračenji" pljuč le nekaj deset sekund. V nekaterih primerih mehkužec ostane blizu površine in izpostavi sifon navzven. In motorična aktivnost polža se opazno zmanjša: plazi se manj in plazi počasneje kot običajno. Takšne simptome opazimo na primer, ko površinsko aktivne snovi (detergenti) pridejo v vodo.
Za akvarista ni škodljivo, če občasno natančno pogleda, kako se dogaja z dihalno in motorično aktivnostjo njegovih polžev? Če se je po menjavi vode v akvariju dihalna aktivnost nenadoma močno povečala, potem obstaja razlog za vznemirjenost in merjenje vsebnosti v vodi amoniak in nitrit . Te snovi lahko povzročijo tudi povečanje dihalne aktivnosti. Ali pa se morda spomnite, da ste jamo umili z milom in jo nato ne zelo temeljito sprali pod močnim curkom vode?
Z nadaljnjo izpostavljenostjo strupenim snovem se presnova polža začne upočasnjevati. Lezi zelo malo ali zelo počasi, njeno telo je skoraj popolnoma umaknjeno v lupino in ure in ure ne prezrači pljuč - takšna opazovanja bi morala akvarista še posebej skrbeti. V najhujših primerih polži ležijo na dnu ali plavajo blizu površine z zaprtimi lupinami. Za boljšo izolacijo pred strupenimi učinki zunanjega okolja lahko polž izloči precejšnjo količino sluzi, ki izolira režo med lupino in pokrovom. Ko mehkužec umre, se pokrov rahlo odpre in telo mehkužca izpade. To je za neizkušene akvariste zmedeno. Mislijo, da so polži živi. Pravzaprav je večja verjetnost, da bo polž s tesno zaprto lupino živ kot z zelo odprto.

Če ribe hranite s plavajočo hrano, potem polži, če se seveda počutijo dobro, ponavadi sodelujejo pri splošni pojedini. Z zgoraj prikazanimi lijaki zbirajo plavajočo hrano. Če pa se polži trmasto dvignejo na površje in oblikujejo lijake, čeprav ni bilo hranjenja, potem bi to moralo opozoriti. To praviloma kaže na previsoko vsebnost raztopljenih organskih snovi v vodi, kar polži občutijo z vonjem in okusom (ustrezni receptorji se nahajajo na brkih in labialnih lovkah). Ko zavohajo vonj jedi, katerih položaj je nemogoče lokalizirati (vonj je povsod), polži upravičeno verjamejo, da so razpršeni po površini vode in se plazijo, da naredijo lijake, da jih poberejo.
Na to značilnost obnašanja polžev je treba biti pozoren pri testiranju vode iz podeželskih vodnjakov. Visoka vsebnost organskih snovi v njih ni neobičajna. Ko so v takšni vodi, se polži zberejo blizu gladine in zložijo noge v lijak. Takoj je jasno, da testirana voda ni zelo dobra. V akvariju polži s to vedenjsko reakcijo zbirajo bakterijski film in ostanke hrane s površine vode. To je zelo koristna dejavnost. Vendar se sprašujete, zakaj se ta film trmasto ponavlja? Mogoče si preveč hrani ribe , ali premalo filtracija z prezračevanjem?

Opisal sem dva vedenjska odziva polžev, ki nam omogočata sklepati o kakovosti vode. Vendar to še ni biotestiranje kot tako. Biotest je vnaprej načrtovan poskus, izveden v skladu s predpisi, razvitimi za to metodo biološkega testiranja, ki vam omogoča, da dobite statistično zanesljive rezultate. O tej metodi bomo razpravljali v nadaljevanju. Vendar te vedenjske reakcije nisem omenil zaman. V praktičnem smislu so sami precej informativni. Poleg tega jih polži pogosto demonstrirajo in med biotestom je eksperimentatorju koristno razumeti, kaj se dogaja.
In na koncu tega gradiva se osredotočimo še na eno značilnost ampularije. Kot rečeno mladi polži zelo hitro zgradijo svojo lupino. Ta proces moti močan toksični učinek vode. Poglejmo fotografijo na samem začetku članka. Lupina tega ubogega polža je zarezana z globoko vzdolžno režo. To je zelo značilna motnja tvorbe lupine. Če imajo vaši polži enako - vedite, da je zelo, zelo težko živeti v vašem akvariju. Negativni vpliv okolja na telo je tolikšen, da ga obrambne reakcije telesa ne morejo več kompenzirati in vodi do morfoloških motenj. Zaradi visoke odpornosti ampule živi, ​​a ji ni lahko. V akvarijih, kjer živijo polži s takšnimi lupinami, pogosto opazimo "nerazumno" smrt rib. Poleg tega ribe pogosto zbolijo.

Če želite pravočasno (ko vzdolžna vrzel ni prevelika) izboljšati pogoje bivanja v akvariju: ne uporabljajte zdravil, ki vsebujejo baker in formalin iz kakršnega koli razloga ali celo brez razloga, vzpostavite biofiltracijo in pogosteje menjajte vodo. pogosto, potem ampula uspešno obnovi celovitost lupine. A brazgotina bo ostala za vedno kot spomin na nekoč preživete težke čase.

Več o specifični metodologiji bioloških testov lahko preberete v članku. Biotestiranje na domu, II.del (metodologija biotesta).

Vladimir Kovalev

Posodobljeno 11. 4. 2017

Besedilo dela je postavljeno brez slik in formul.
Celotna različica delo je dostopno v zavihku "Datoteke dela" v PDF obliki

»Trdim, da vse, kar je rojeno iz zemlje, živi na zemeljski vlagi,

in v kakšnem stanju je ta vlaga, v takem

obrat je tudi v stanju

Hipokrat

Delanje

Te besede, ki jih je v starih časih izrekel Hipokrat, še danes niso izgubile svoje pomembnosti. V našem času je družba spoznala nevarnost toksičnega onesnaženja površinskih voda in prišla do potrebe po uvedbi povsem novih netradicionalnih pristopov v prakso monitoringa, zlasti bioloških testiranj. Biotestiranje – študija vpliva različne snovi na žive organizme. Široka uvedba metod biotestiranja v prakso ocenjevanja kakovosti vode je nujna potreba časa, saj niti najsodobnejša analitska kemija ne bo dala popolnih informacij o strupenosti okolja. Poleg tega analiza obstoječe metode ocena kakovosti naravnih voda je pokazala, da je biotestiranje najnatančnejši, najhitrejši in najcenejši način varovanja naravnih voda.

V naši raziskavi smo se s to metodo odločili ugotoviti, v kakšnem stanju je voda našega mesta, ki jo pijemo in zalivamo rastline, ki jih uporabljamo za prehrano.

Hipoteza: z uporabo biotestnih metod je mogoče oceniti stopnjo kontaminacije

naravne vode.

Predmet študija: stopnja onesnaženosti naravnih voda v Pjatigorsku.

Predmet študija: enoletne rastline iz družine žit (Gramíneae): oves, ječmen, pšenica, enoletne rastline iz družine kapusnic ali križnic (Brassicaceae) - vodna kreša in redkev.

Namen tega dela - oceniti onesnaženost naravnih voda v Pjatigorsku s sadikami različnih indikatorskih rastlin.

Naloge:

analizirati teoretične pristope pri preučevanju te teme;

obvladati metodologijo biotestiranja;

ugotoviti sezonsko dinamiko toksičnosti naravnih voda v Pjatigorsku;

ugotoviti odvisnost razvoja testnih rastlin od toksičnosti naravnih voda.

1. Literarni pregled.

1. Metode biotestiranja.

Eden glavnih razlogov negativne posledice antropogeno onesnaževanje naravnih okolij je toksičnost onesnaževal za bioto. Prisotnost strupenih snovi v okolju vodi do smrti vseh živih bitij, izgube skupnosti organizmov prebivalcev čistih območij in njihove zamenjave z evribiontskimi vrstami. Za ugotavljanje toksičnosti okolja obstajajo različne fizikalne in kemijske metode, v zadnjem času pa se za ocenjevanje stanja živih organizmov vse pogosteje uporabljajo tudi biološke metode (Priloga 1).

Konec koncev, ko govorimo o onesnaženosti vode, tal, ozračja, njihovi toksičnosti, mislimo na to, kako ugodni so za življenje živih organizmov v njih, za zdravje ljudi.Metode toksikološkega biotestiranja so med najbolj radikalnimi metodami. Biotest je preizkus pod strogo določenimi pogoji delovanja snovi ali kompleksa snovi na vodni organizmi z registracijo sprememb enega ali drugega biološkega indikatorja preučevanega predmeta v primerjavi s kontrolo. Preučevani organizmi se imenujejo testni objekti, izkušnja pa biotestiranje (Lysenko, 1996). Ta poceni in vsestranska metoda se v zadnjih letih po vsem svetu pogosto uporablja za ocenjevanje kakovosti okoljskih objektov. V Rusiji se je od leta 1996 začel poskus uvajanja metod biološkega testiranja odpadne vode, ki se izpušča v naravna vodna telesa in dovaja v biološke čistilne naprave. Biotestiranje lahko zagotovi podatke o toksičnosti določenega vzorca, onesnaženega s kemikalijami antropogenega ali naravnega izvora. Ta metoda omogoča resnično oceno toksičnosti lastnosti katerega koli medija zaradi prisotnosti kompleksa onesnaževal in njihovih metabolitov. Živi organizmi se vedno različno odzivajo na okoljske spremembe, vendar v nekaterih primerih tega ni mogoče zaznati s fizikalnimi ali kemičnimi metodami, saj so ločevalne zmožnosti instrumentov ali kemičnih analiz omejene. Občutljivi organizmi - indikatorji reagirajo ne le na majhne odmerke okoljskih dejavnikov, ampak se ustrezno odzovejo tudi na vpliv kompleksa dejavnikov (Gruzdeva, 2002). .

Biotestiranje vam omogoča prepoznavanje območij in virov kontaminacije. Kot testni objekti se uporabljajo bakterije, alge, višje rastline, pijavke, bolhe, mehkužci, ribe in drugi organizmi. Glede na naraščajočo toleranco na onesnaženje so organizmi razvrščeni v naslednjo vrsto: glive, lišaji, iglavci, zelnate rastline, listavci. Vsak od njih ima prednosti, a noben ni univerzalen, najbolj občutljiv na vse snovi. Za zagotovljeno odkrivanje prisotnosti strupenega sredstva neznane kemijske sestave v naravnih vodah je treba uporabiti nabor testnih predmetov, ki predstavljajo razne skupine organizmi. Pri izbiri testnih organizmov izhajajo iz specifične toksičnosti možnih onesnaževal, značilnosti rezervoarja in zahtev porabnikov vode. Testnim organizmom se lahko dodelijo posebne integrirane testne funkcije. Integralni parametri najbolj splošno označujejo stanje sistema. Integralne značilnosti organizmov vključujejo značilnosti preživetja, rasti in plodnosti. Zasebni za organizem so lahko na primer fiziološki, biokemični in histološki parametri.

1. Biotestiranje naravnih voda.

Biotestiranje naravnih voda je postalo široko uporabljeno v raziskovanje deluje od začetka 80. let (Priloga 2). To je posledica občutnega povečanja onesnaženosti vodnih teles in upanja strokovnjakov, da bi biotestiranje lahko vsaj delno nadomestilo kemično analizo vode, saj se v vodna telesa letno izpusti približno 55 km 3 odpadne vode, od tega 20 km3. km 3 je onesnažen. (Stepanovskikh, 2001). Samo približno 10% vode, ki zahteva čiščenje, je prečiščenih do standardne kakovosti (Yablokov, 2005).

Leta 1991 Biotestiranje je uvedeno kot obvezen element nadzora kakovosti površinskih voda, kar določa »Pravilnik o varstvu površinskih voda« (1991). Indikatorji biotestiranja naravnih voda so vključeni v seznam indikatorjev za identifikacijo območij ekološke nevarnosti in območij ekološke katastrofe (Tumanov, Postnov, 1983). Metode biotestiranja so značilnost stopnje vpliva na vodne biocenoze. Torej, A.M. Grodzinsky D.M. Grodzinsky (1973) opisuje številne biološke vzorce za testiranje strupenosti naravnih voda. Biotestiranje vode je po sprejeti definiciji ocena kakovosti vode na podlagi odzivov organizmov, ki so testni objekti. S testom kalivosti semena ugotavljamo učinek različnih fiziološko aktivnih snovi. Kot indikatorji strupenosti se uporabljajo semena kmetijskih rastlin. Med kmetijskimi kulturami so najbolj občutljive solata, lucerna, žita, križnice, med neobčutljive vrste pa koruza, grozdje, rožnice, trpotec (Ramad, 1981). Metode biotestiranja morajo izpolnjevati naslednje zahteve: relativno hitrost izvajanja, pridobivanje dovolj natančnih in ponovljivih rezultatov, prisotnost velikega števila objektov, primernih za indikacijo. Trenutno so znane metode biotestiranja, ki so osredotočene na določanje strupenosti vodnega okolja zaradi prisotnosti določenih skupin kemičnih spojin, zlasti organofosforja. Najbolj preizkušena na naravnih vodah je encimska metoda V.I. Kozlovskaja.

1. Prednosti biotestnih metod.

Glavne prednosti biotestiranja so preprostost in dostopnost metod za njegovo nastavitev, visoka občutljivost testnih organizmov na minimalne koncentracije strupenih snovi, hitrost in odsotnost potrebe po dragih reagentih in opremi. Po mnenju številnih avtorjev noben od posameznih organizmov ne more služiti kot univerzalni testni objekt za snovi različne kemijske narave, zato je treba uporabiti niz bioloških testov, ki zagotavljajo odkrivanje strupenega sredstva v okolju (Braginsky et al. 1979; Lesnikov, 1983; Filenko, 1989).

Metode biotestiranja razkrivajo toksičnost, ki je sestavni pokazatelj onesnaženosti okolja. Kot vsi integralni indikatorji imajo to pomanjkljivost, da ne razkrivajo posameznih onesnaževal, prisotnih v vzorcu. Objavljenih je bilo veliko del o biotestiranju vodnega okolja, vendar so bila narejena predvsem za oceno toksičnosti na novo sintetiziranih kemikalij, zdravil, kupljenih z uvozom, pa tudi pri razvoju predpisov za kemične spojine. Precej manj je objav o biološkem testiranju odpadne vode in še manj o biotestiranju naravnih voda (Nikanorov in Khoruzhaya, 2001).

Najbolj dostopne so bioindikacijske metode, ki omogočajo preučevanje vpliva tehnogenih onesnaževal na rastlinske in živalske organizme na neživo naravo. Bioindikacija temelji na tesni povezanosti živih organizmov z okoljskimi razmerami, v katerih živijo. Spremembe teh pogojev, kot je povečanje slanosti ali pH vode, lahko povzročijo izginotje določenih vrst organizmov, ki so najbolj občutljivi na te kazalnike, in pojav drugih, za katere bo takšno okolje optimalno.

Obstajajo različni biološki indikatorji. O prisotnosti nekaterih onesnaževal lahko sodimo po zunanjih znakih rastlin in živali. Zahvaljujoč "spominu" teh organizmov je mogoče spoznati tudi vlogo tistih dejavnikov, ki trenutno niso več aktivni. Na primer, pojav črnih pik na listih lipe kaže na to, da so hišniki pozimi preveč radi posipavali sneg s soljo, da bi pospešili taljenje, lise na listih trpotca pa govorijo o izpustih žveplovega dioksida. Po širini rastnih obročev borovcev v bližini kemične tovarne lahko ugotovimo, v katerih letih je rastlina še posebej močno onesnaževala okolje. V letih hudega onesnaženja ozračja nastanejo tanjši obroči. Po višini nekaterih rastlin lahko ocenimo koncentracijo soli v vodi. Tako lahko na primer trst doseže višino 4 m, če pa je vsebnost soli v vodi visoka, ta rastlina ne bo zrasla več kot 0,5 m, nekateri mahovi in ​​lišaji so indikatorji onesnaženosti ozračja. Na primer, pri analizi lišajev na Švedskem so ugotovili pojav radioaktivnega prahu iz jedrske elektrarne v Černobilu. Obstajajo posebne bivalne naprave - briometri - majhne škatle z mahovi določenih vrst, ki določajo način atmosferskega dima.

Praktični del.

Raziskava je bila izvedena na metodologije predlagal A.I. Fedorova in A.N. Nikolskaya v "Delavnici o ekologiji in varstvu okolja", 2003, kot tudi v študijski vodnik za univerze "Spremljanje okolja", ki ga je uredil T.Ya. Ashikhmina, 2005.

V letu 2015 je potekalo delo na študiji metode biotestiranja toksičnosti naravnih voda na sadike indikatorskih rastlin.

Vse raziskave na to temo so bile izvedene v laboratoriju učilnic za kemijo in biologijo srednje šole MBOU št. 5 v Pjatigorsku leta podnevi, s kombinacijo umetne in naravne razsvetljave v standardnih, optimalnih pogojih za testne obrate. Stopnjo onesnaženosti vodnih teles je mogoče oceniti s testom kalivosti semen. Takšna testiranja se izvajajo kot predhodna za identifikacijo posebej onesnaženih vodnih teles za namene kasnejše kemijske analize. Kot testne rastline so bile uporabljene sadike višjih rastlin: pšenica, ječmen, oves, vodna kreša in redkev. Predlagana metoda za biološko oceno toksičnosti naravnih voda s kalčki indikatorskih rastlin je bila izvedena v dveh različicah:

1. Zalivanje sadik testnih rastlin s testno vodo.

2. Kapljanje preskusne raztopine med klične liste dvokaličnic.

Kot testne rastline v prvi varianti so bila uporabljena semena pšenice, ovsa in ječmena. V drugi varianti so bile uporabljene samo sadike dvodomnih rastlin: vodna kreša, redkev.

Od vseh rastlin, uporabljenih v raziskavah, ima vodna kreša preobčutljivost do onesnaženja vode s težkimi kovinami. Za ta bioindikator je značilna hitra kalitev semena in skoraj 100 % kalitev, ki pa je ob prisotnosti onesnaževal izrazito zmanjšana. Poleg tega so poganjki in korenine vodne kreše podvrženi opaznim morfološkim spremembam pod vplivom onesnaževal (zastoj v rasti in ukrivljenost poganjkov, zmanjšanje dolžine in mase korenin) (Golubkina, 2008). . Zaradi preventive smo semena pred kalitvijo tretirali. Suha semena smo za 0,5 ure potopili v 1% raztopino kalijevega permanganata, nato sprali z destilirano vodo z uporabo dveh plasti gaze, posušili na filtrirnem papirju na zraku.

(1 možnost).

2-3 dni pred poskusi (čas kalitve semen je bil določen vnaprej) so semena testnih predmetov, pšenice, ovsa, ječmena, namočili en dan v vodi. Nato so jih s pinceto položili z zarodkom navzgor (v eno smer) v kiveto, na dnu katere je bila položena plast vpojne vate, na vrhu pa dve plasti filtrirnega papirja. Sistem je bil navlažen z vodo iz pipe do polne vlažnosti. Da bi to naredili, je bila voda vlita pod vato in ko se je vpila, je bil presežek odstranjen. Kiveta je bila prekrita s filmom, robovi filma so bili upognjeni pod kiveto. Kaljenje je potekalo pri temperaturi +25 0 C - +26 0 C, dokler velikost sadik ni bila 10-15 mm in pojav korenin, nato pa so bili kalčki razdeljeni na frakcije po dolžini.

Enako količino opranega in razbeljenega peska damo v skodelice, v vsako skodelico posadimo 10 enakih sadik testnih rastlin. Pesek se od zgoraj prelije z enako količino preskusne vode iz različnih rezervoarjev. Ponovitev - trikrat. Nadzor - zalivanje z ustaljeno in prečiščeno vodo iz pipe. Ko kalčki dosežejo višino 8-10 cm, jih izkopljemo, posušimo s filtrirnim papirjem, razdelimo z britvico na dele (steblo, korenine), izmerimo in stehtamo. Podatki so statistično obdelani, izraženi v odstotkih od kontrole.

1. Način zalivanja sadik testnih rastlin s testno vodo

(2. možnost).

Voda, vzeta iz različnih virov, se koncentrira z izhlapevanjem za 10-krat, shranjena v hladilniku. Skodelice napolnimo z enako količino opranega in žganega peska, na dno vstavimo stekleno cev, skozi katero zalivamo z ustaljeno vodo iz pipe. 18-20 kosov živih semen (vodna kreša, redkev) posejemo na majhno globino. Ko poženejo kalčki in se klični listi odprejo, pustimo v čašah 10 enakih rastlin, ostale potrgamo s pinceto. Zalivanje rastnega substrata se izvaja z enako količino vode po cevki s folijskim lijakom. Po 2-3 tednih sadike skrbno izkopljemo, operemo, osušimo s filtrirnim papirjem, posebej izmerimo in stehtamo nadzemni del in korenine. Podatki so statistično obdelani, izraženi v odstotkih od kontrole.

1. Razvoj sadik testnih rastlin pri zalivanju s testno vodo (pomladansko obdobje).

Številka vzorca, lokacija vzorca	Testna rastlina	Prizemni del, %
1. Reka Podkumok
2. Novopyatigorsko jezero
4. Nadzor - voda iz pipe

Toksični učinek vzorca se šteje za dokazanega, če je bil v poskusu zabeležen toksični učinek zaviranja rasti sadik, in sicer njihovih korenin za 50 % (Gruzdeva, 2002).

Iz podatkov v tabeli 1 je razvidno, da je vzorec št. 2 - Novopyatigorsko jezero najugodnejši za rast in razvoj sadik testnih rastlin. Orlovka. Glede na stopnjo rasti in vegetativno sposobnost sadik lahko sklepamo, da je v vzorcu št. 1 (reka Podkumok) opaziti zaviranje rasti korenin sadik za več kot 50% v primerjavi s kontrolo, zato je toksičnost vzorca št. 1 je visoka. V vzorcu št. 3 (reka Yutsa) opazimo večjo inhibicijo rasti nadzemnega dela in korenin sadik kot v vzorcu št. 1, zato je toksičnost vzorca št. 3 zelo visoka.

2.4. Razvoj sadik testnih rastlin pri zalivanju s testno vodo

(jesensko obdobje).

Številka vzorca, lokacija vzorca	Testna rastlina	Prizemni del, %
1. Reka Podkumok
2. Novopyatigorsko jezero
3. Reka Yutsa
4. Nadzor - voda iz pipe

Iz podatkov, predstavljenih v tabeli 2, je razvidno, da je v jesenskem obdobju zaviranje razvoja sadik v večji meri opaziti v vzorcu št. 3 - reka Yutsa, zaviranje rasti korenin sadik v tem vzorec za več kot 60 % v primerjavi s kontrolo. V vzorcih št. 1 - reka Podkumok in št. 2 - Novopyatigorsko jezero je opaziti tudi zmanjšanje razvoja vegetativnih organov sadik.

Pri kasnejši obdelavi materialov so bili glede na rezultate, pridobljene v prvi različici raziskave, zgrajeni diagrami biotestnih testov.

riž. 1 Razmerje dolžine sadik testnih rastlin pri zalivanju s testno vodo (pomlad, jesen 2015)

riž. 2 Razmerje mase sadik testnih rastlin pri zalivanju s testno vodo (pomlad, jesen 2015)

Tako lahko iz rezultatov, pridobljenih v različici 1, potegnemo naslednje zaključke:

toksičnost naravnih voda spomladi je največja v rekah Podkumok in Yutsa;

Na toksičnost vode so najbolj občutljive sadike ovsa.

2.5. Razvoj sadik testnih rastlin (pomladansko obdobje).

Številka vzorca, lokacija vzorca	Testna rastlina	Prizemni del, %
1. Reka Podkumok	Vodna kreša
2. Novopyatigorsko jezero	Vodna kreša
3. Reka Yutsa	Vodna kreša
4. Nadzor - voda iz pipe	Vodna kreša

Glede na spremembo nadzemne mase v poskusnih vzorcih v primerjavi s kontrolnimi lahko sodimo o toksičnosti tega vzorca vode. Močna inhibicija nadzemnega dela testnih rastlin, več kot 20 % v primerjavi s kontrolo, kaže na visoko stopnjo toksičnosti vzorca vode (Golubkina, 2008). Visoka toksičnost je opažena v vzorcu št. 3 - reka Yutsa. Pri sadikih opazimo zaviranje razvoja nadzemnega dela za 53-55% več kot pri kontrolnem vzorcu. Vzorca št. 1 - reka Podkumok in št. 2 - Novopyatigorsko jezero sta prav tako strupena, vendar v manjši meri.

2.6 Razvoj sadik testnih rastlin (jesensko obdobje).

Številka vzorca, lokacija vzorca	Testna rastlina	Prizemni del, %
1. Reka Podkumok	Vodna kreša
2. Novopyatigorsko jezero	Vodna kreša
3. Reka Yutsa	Vodna kreša
4. Nadzor - voda iz pipe	Vodna kreša

Tabela 4 kaže, da je vzorec št. 3 najbolj strupen - reka Yutsa. Vzorec strupene vode št. 1 - reka Podkumok. Vzorec št. 2 - Novopyatigorsko jezero ima zelo nizko toksičnost.

Glede na rezultate, pridobljene v 2. različici raziskave, so bili zgrajeni diagrami biotestnih testov.

riž. 3 Razmerje dolžine testnih sadik (pomlad, jesen 2015)

Slika 4 Razmerje med maso sadik in testirano vodo (pomlad, jesen 2015)

Na podlagi rezultatov raziskave je mogoče narediti naslednje zaključke:

razmerje med dolžino in maso sadik testnih rastlin je odvisno od toksičnosti naravnih voda, več kot je strupenih snovi v vzorcu vode, manjša je dolžina in teža sadik testnih rastlin;

Rastlina vodna kreša kaže največjo občutljivost na toksine.

toksičnost naravnih voda je večja spomladi v vzorcih vode, vzetih iz rek Podkumok in Yutsa;

manj strupen je vzorec vode iz Novopyatigorskega jezera.

Kot rezultat raziskave je bila obvladana metodologija za biotestiranje toksičnosti naravnih voda, izvedena je bila analiza teoretičnih pristopov k preučevanju te teme in izdelani so bili naslednji. zaključki:

Ugotovljeno je bilo, da se strupenost naravnih voda rezervoarjev Pyatigorsk razlikuje glede na letni čas: spomladi je večja, jeseni se strupenost zmanjša;

Ugotovljeno je bilo, da sta razvoj in rast sadik testnih rastlin neposredno odvisna od stopnje toksičnosti naravnih voda, največjo občutljivost na toksine kažejo rastline vodne kreše in ovsa;

Ugotovljeno je bilo, da je pri namakanju sadik testnih rastlin s testno vodo prišlo do večjega zaviranja razvoja koreninskega sistema;

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da so vzorci vode iz rek Yutsa in Podkumok najbolj strupeni, voda iz Novopyatigorskega jezera pa je manj strupena.

Tako je hipoteza o možnosti ocenjevanja stopnje onesnaženosti naravnih voda z metodami biotestiranja potrjena. Na tej stopnji dela so bile kot rezultat poskusa brez posebne drage opreme, instrumentov in reagentov ugotovljene stopnje onesnaženosti vode v mestu Pjatigorsk.

Naše delo se lahko nadaljuje tudi v naslednjem študijskem letu. Za odpravo napak v rezultatu je možno opraviti kemijsko analizo vode na podlagi laboratorija in ponovno analizirati stanje.

To metodo analize naravnih voda lahko priporočimo amaterskim vrtnarjem in vsem prebivalcem našega mesta, ki jih zanima ta problem.

Bibliografija.

Vishnyakova V.F. Ekologija Stavropolskega ozemlja. - Stavropol, 2000.

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

Grodzinsky A.M., Grodzinsky D.M. Kratek priročnik o fiziologiji rastlin. - Kijev; Naukova Dumka, 1973.

Gruzdeva L.P. bioindikacija kakovosti naravnih voda. // Biologija v šoli. 2002, številka 6 str. 10

Denisova S.I. Terenska praksa v ekologiji. - Minsk, 1999.

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

Lysenko N.L. Bioindikacija in biotestiranje vodnih ekosistemov.// Biologija v šoli. 1996, št. 5 str.12

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

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

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

Saveljeva V.V. Geografija Stavropolskega ozemlja. - Stavropol, 2003.

Stepanovskikh A.S. Varstvo okolja.- M.: UNITI-DANA, 2001.

Teoretična vprašanja biotestiranje. - Volgograd, 1983.

Fedorova A.I., Nikolskaya A.N. Delavnica o ekologiji in varstvu okolja. - M., Vlados, 2001.

Filenko O.F. Metode biotestiranja kakovosti vodnega okolja. - M.: MSU, 1989

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

Priloga 1

Tabela 1

Glavne značilnosti metod ocenjevanja toksičnosti vode

	Kemijske metode	biološke metode
		Bioindikacija	Biotestiranje
Vrsta indikacije	Indikacija udarca	Indikacija odziva	Indikacija udarca
Predmet analize		Vodne združbe
Namen analize	Merjenje koncentracije kemikalij	Ocena stanja naravnih združb	Integralna ocena toksičnosti na testnih organizmih
Indikatorji toksičnosti	Preseganje uveljavljenih predpisov	Negativne spremembe v skupnostih	Razvoj patoloških (do smrti) sprememb v testnih organizmih
Predpisi	Najvišje dovoljene koncentracije	Ni nameščeno	Odsotnost akutnih in kroničnih toksičnih učinkov
Meroslovne značilnosti	Natančnost, konvergenca, ponovljivost	Ni nameščeno	Konvergenca, ponovljivost

tabela 2

Obseg metod biotestiranja za toksičnost vodnega okolja

Objekt biotesta		Namen biotestiranja	testni organizem
Kemične snovi		Ureditev ribištva; nadzor toksičnosti v mednarodni trgovini	Hidrobionti so predstavniki glavnih trofičnih nivojev vodnih ekosistemov. Standardni niz testnih organizmov
Industrijske, tehnološke in odpadne vode (točkovni viri onesnaženja)		Vrednotenje učinkovitosti čiščenja, identifikacija nevarnih sestavin, regulacija izpustov, okoljsko certificiranje podjetij	Kompleti za biotest
Naravne vode (netočkovno onesnaževanje)		Preverjanje skladnosti kakovosti vode z veljavnimi predpisi. Ocena toksikološkega stanja vodnih teles. Identifikacija območij ekološke nesreče in nujnih primerih	Kompleti za biotest

Dodatek 2

Fotografija št. 1. Kalčki vodne kreše Fotografija št.2. Kalčki vodne kreše

(kontrola) (poskus)

Dolgo časa se je nadzor onesnaževanja okolja izvajal le s fizikalnimi in kemičnimi metodami, z določanjem koncentracij onesnaževal in opazovanjem skladnosti vrednosti izmerjenih koncentracij normaliziranih indikatorjev z mejnimi dovoljenimi koncentracijami (MPC). Z razvojem kemične industrije, sintezo novih spojin in njihovo uporabo v proizvodnji se seznam nadzorovanih onesnaževal v odpadnih vodah vsak dan povečuje. Danes veliko onesnaževalcev različni razlogi ni nadzorovano: za nekatere MPC niso razvite, za druge ni potrjenih metod za določanje, okolje pa doživlja njihov vpliv. Posledično se izve, da širok spekter spojin, strupenih snovi v vodi, zraku in tleh okoljih ni nadzorovano. Toda tudi v primeru spremljanja celotnega spektra spojin v okolju na ravni MPC ni mogoče trditi, da ni škodljivega vpliva na okolju. Ker informacije o fizikalnih in kemijskih indikatorjih načeloma ne omogočajo sklepanja o kumulativnem vplivu onesnaževal različnih vrst na žive organizme in stopnji njihove nevarnosti.

Za zapolnitev informacijsko analitičnega vakuuma o kombiniranih učinkih onesnaževal so priznane metode biotestiranja. Značilnost informacij, pridobljenih s pomočjo metod biotestiranja, je celovita narava odseva celotnega niza lastnosti testnega okolja z vidika njegovega zaznavanja živega predmeta. In za razliko od fizikalno-kemijskih metod, s katerimi se določa bruto vsebnost posameznega onesnaževala, biotestne metode za analizo kakovosti vode omogočajo odkrivanje fiziološko aktivnih oblik spojin, ki vplivajo na telo. Tako na primer ni mogoče razviti MPC snovi za različne vrednosti pH okolja, namreč sprememba pH okolja povzroči nastanek drugih oblik spojin, morda bolj strupenih. Ali pa je toksični učinek strupenih snovi okrepljen v mehki vodi kot v trdi vodi. In kompleksen vpliv onesnaževal je popolnoma nepredvidljiv.

Raziskanih in identificiranih je bilo več različic izpostavljenosti strupenim snovem.

1. Antagonistični učinek toksikantov - morda takšna kombinacija ionov, v kombinaciji katere bo učinek toksičnosti manjši.

2. Aditivni učinek - učinek toksičnosti vsote toksičnih snovi je enaka vsoti učinki toksičnosti.

3. Sinergijski učinek - nepopoln seštevek učinkov toksičnosti.

4. Seizibilizacijski učinek - kombinacija toksičnih snovi poveča učinek toksičnosti.

Danes so biotestne metode kot nujen dodatek k kemijski analizi vključene v standard za kontrolo kakovosti vod za različne namene.

Načelo biotestiranja je zmanjšano na beleženje sprememb biomase, preživetja, plodnosti ter fizioloških ali biokemičnih parametrov testnega objekta v testnem okolju.

Trenutno se v svetu uporabljajo najrazličnejši testni predmeti: od enoceličnih alg, mahov in lišajev, bakterij in praživali do višjih rastlin, rib in toplokrvnih živali.

V Rusiji se v organih državnega analitičnega nadzora nad kakovostjo vode test vodne bolhe priporoča kot glavni za spremljanje strupenosti odpadne vode in obetaven za oceno stopnje strupenega onesnaženja naravnih voda. Test vodne bolhe je obvezen pri določanju MPC posameznih snovi v vodi ribiških rezervoarjev.

Izbira testnega predmeta je določena z naslednjim: 1) ta rod kladocerov je povsod prisoten v sladkovodnih telesih, je pomembna sestavina zooplanktona, služi kot vir hrane za nedorasle ribe; 2) enostaven za gojenje v laboratorijskih pogojih - testi onesnaževal se lahko izvajajo skozi vse leto; 3) odločilna značilnost je, da so po naravi svoje prehrane filtri in črpajo velike količine vode, filtrirajo bakterije in mikroalge kot hrano, torej, če je v vodi strup tudi v nizki koncentraciji zaradi prostornina filtrirane vode, je občutljivost testnega predmeta visoka.

Metoda biotestiranja vodne bolhe temelji na ugotavljanju sprememb v preživetju in plodnosti vodne bolhe pri izpostavljenosti strupenim snovem v testni vodi v primerjavi s kontrolo.

Dodelite kratkotrajno biološko testiranje - do 96 ur. Omogoča definiranje akutno strupeno učinek preskusne vode na bolhe v smislu njihovega preživetja. Indikator preživetja je povprečno število osebkov, ki so določen čas preživeli v testni vodi ali v kontrolni vodi. Merilo za strupenost je smrt 50 % ali več vodne bolhe v časovnem obdobju do 96 ur. v preskusni vodi v primerjavi s kontrolo.

Dolgotrajno biološko testiranje - 20 ali več dni - vam omogoča določitev kronično strupeno učinek preskusne vode na vodne bolhe za zmanjšanje njihovega preživetja in plodnosti. Indikator preživetja je povprečno število začetnih samic vodne bolhe, ki so preživele med biološkim testiranjem, kazalnik plodnosti je povprečno število mladic, odstranjenih med biotestiranjem, glede na eno preživelo prvotno samico. Merilo toksičnosti je pomembna razlika od nadzora stopnje preživetja ali plodnosti vodne bolhe.

Zgoraj je bilo omenjeno veliko število testnih predmetov, ki se uporabljajo pri biotestiranju, in to ni naključje. Dejstvo je, da različni organizmi različno reagirajo na onesnaževala. In naloga okoljskih organov je pravilno oceniti situacijo in izbrati bolj občutljiv preskusni predmet.

Primer. Rezultati bioteetiranja obrata za odpadne vode,
sintetiziranje biološko aktivnih herbicidnih spojin
navodila se lahko razlikujejo glede na izbrani test
predmet. Test vodne bolhe lahko pokaže odsotnost strupenosti
izpostavljenosti, kultura alg pa lahko zazna strup.
Zakaj? Dejstvo je, da je domnevni strup, sintetiziran
herbicidi zavirajo procese fotosinteze v rastlinah in
alge. Zato lahko Daphnia popravi v kratkoročnem poskusu
pomanjkanje akutnih toksičnih učinkov in alg v primeru
okvare fotosintetske verige se bodo takoj odzvale
onesnaženje.

Zato se v sistemu nadzora kakovosti odpadnih voda priporočajo tudi alge: klorela in scepedesmus. Merilo za toksičnost pri biotestiranju z uporabo alg je znatno zmanjšanje števila celic v testni vodi v primerjavi s kontrolo.

Za hitro pridobivanje informacij o kakovosti vode se uporabljajo ekspresne metode biotestiranja.

V Moskvi je bila razvita naprava Biotoke, ki se proizvaja v majhnih serijah. Naprava Biotoke je prenosni bioluminometer,

omogoča uporabo biosenzorja "Ecolum", svetlečih bakterij, za hitro in objektivno določanje indeksa splošne strupenosti vzorcev vode, vključno s kovinami, gospodinjskimi kemikalijami itd. Rezultati toksičnosti vzorca vode so pridobljeni po 10 minutah.

V Sankt Peterburgu se proizvaja naprava Biotester. Kot testni predmet se uporabljajo enocelični mikroorganizmi - infuzorijski čevelj. Ta metoda temelji na kemotaktičnem odzivu organizmov kot odgovor na onesnaževalo, tj. premik kulture v ugodno cono. Ta testna reakcija - kemotaksija, je zelo občutljiva na toksikante določene skupine.

V Rusiji biotestiranje izvajajo analitični laboratoriji okoljskih organov za ugotavljanje toksičnost odpadne vode(počne patološke spremembe ali pogin organizmov zaradi prisotnosti strupenih snovi v njej) ob izpustu v vodno telo, vodo v regulacijskih in drugih vodnih območjih za preverjanje skladnosti kakovosti vode s predpisanimi zahtevami:

Odpadne vode, izpuščene v vodno telo, ne smejo imeti akutnega toksičnega učinka, voda v kontrolnih in drugih vodnih območjih pa ne sme imeti kroničnega toksičnega učinka na testne objekte.

V skladu z "Metodološkim navodilom za biološko testiranje vode RD 118-02-90" je biotestiranje dodatna eksperimentalna tehnika za preverjanje potrebe po prilagoditvi vrednosti MPD za integralni indikator "strupenost vode", ki vam omogoča, da upoštevate upoštevati številne pomembne dejavnike: prisotnost strupenih snovi v odpadni vodi, neupoštevane pri ugotavljanju MPD, novo nastale spojine, metaboliti, različne vrste kemične interakcije. Potreba po prilagoditvi vrednosti MPD se pojavi, če se med biotestiranjem vode iz kontrolnega odseka vodnega telesa ugotovi, da njena kakovost ni v skladu z zahtevanim standardom: voda v kontrolnem odseku vodnega telesa ne sme imeti kronični toksični učinek na testne objekte (bolho in ceroidafnijo).

Za oceno bakterijske kontaminacije se uporabljajo sanitarno-bakteriološki in hidrobiološki indikatorji.

Mikropopulacija naravnih voda je izjemno raznolika. Njeno kakovostno in količinsko sestavo določa predvsem sestava vode. Za globoke, zelo čiste arteške vode je značilna skoraj popolna odsotnost bakterij zaradi zaščite vodonosnika pred stikom z obzorji, ki ležijo zgoraj.

Značilnost sestave vode odprtih rezervoarjev je njena sprememba v letnih časih: spremljajo jo spremembe v številu in vrstni raznolikosti mikropopulacije. Bakterijska kontaminacija površinskih virov je predvsem posledica vstopa v vodna telesa površinskega odtoka, ki vsebuje organske, mineralne snovi in ​​mikroorganizme, izprane iz povodja, ter odpadne vode.

S stališča sanitarne mikrobiologije se izvaja ocena kakovosti vode
z namenom ugotavljanja njegove sanitarne in epidemiološke nevarnosti oz
varnost za zdravje ljudi. Voda igra pomembno vlogo pri prenosu
povzročitelji številnih okužb; predvsem črevesne. Ker skozi vodo
tifus, dizenterija, kolera,
infekcijski hepatitis itd.

Neposredna kvantitativna določitev povzročiteljev vseh okužb za nadzor kakovosti vode ni izvedljiva zaradi njihove vrstne raznolikosti in zahtevnosti analize. V praktični sanitarni mikrobiologiji se zato uporabljajo indirektne metode za ugotavljanje možnosti kontaminacije vode s patogenimi mikroorganizmi.

Sanitarna in bakteriološka ocena kakovosti vode temelji na opredelitvi dveh glavnih kazalnikov; mikrobno število in število bakterij skupine CoH.

Prvi indikator bo dal idejo o skupni kontaminaciji vode z aerobnimi saprofiti, zato se pogosto imenuje skupno število aerobnih saprofitov ali (na kratko) skupno število. Mikrobno število se določi z metodo inokulacije na standardno gojišče - mesno-peptonski agar (MPL).

Aerobni saprofiti predstavljajo le del celotnega števila mikrobov v vodi, vendar so pomemben sanitarni pokazatelj kakovosti vode, saj obstaja neposredna povezava med stopnjo kontaminacije z organskimi snovmi in mikrobnim številom. Poleg tega se domneva, da večje kot je mikrobno število, večja je verjetnost prisotnosti patogenih mikroorganizmov v vodi. Mikrobno število vode iz pipe ne sme presegati 100. V naravnih vodah se ta indikator razlikuje v zelo širokem razponu za različne rezervoarje in za letne čase istega rezervoarja. V čistih vodnih telesih je lahko število aerobnih saprofitov v desetinah ali stotinah, v onesnaženih in umazanih vodnih telesih pa na desettisoče in milijone.

Po drugem indikatorju - številu bakterij skupine CoH (E. coli) se ocenjuje morebitna prisotnost patogenih mikroorganizmov v vodi.

Bakterije skupine CoH spadajo v družino Enterobacteriaceae. To so palice brez spor, fakultativni anaerobi, ki fermentirajo laktozo in glukozo pri temperaturi 37 ° C s tvorbo kisline in plina in nimajo oksidazne aktivnosti. So stalni sostanovalci črevesja ljudi in živali: stalno in v velike številke sproščajo v okolje; dlje kot patogeni mikroorganizmi ostanejo sposobni preživeti v tem okolju; so bolj odporni na klor kot povzročitelji večine okužb. Prav te lastnosti bakterij skupine CoI so določile možnost njihove uporabe kot sanitarno indikativnih mikroorganizmov. Prisotnost koliformnih bakterij v vodi kaže na njeno fekalno onesnaženost, njihovo število pa omogoča presojo stopnje te onesnaženosti. Za kvantitativno določanje koliformnih bakterij se uporablja fuksin-sulfitni agar (medij Endo).

Analize vodovodne in čiste naravne vode se izvajajo po predkoncentraciji vode na membranskih filtrih.

Rezultati so izraženi kot coli indeks - število bakterij v 1 litru vode.

Včasih se izvede ponoven izračun z določitvijo kolititra - najmanjše količine vode (v ml), ki vsebuje eno Escherichia coli. If-titer = 1000/if-indeks.

Indeks vode iz pipe ne sme biti večji od 3. Dovoljen indeks vode iz vodnih virov je odvisen od predlagane metode čiščenja. Če je načrtovano samo kloriranje vode, potem indeks vode v viru ne sme preseči 1000 s popolnim čiščenjem vode - 10000.

Pod posebnimi pogoji se glede na sanitarne in epidemiološke kazalnike zatečejo k določanju enterokokov, enterovirusov salmonele v vodi in izvajajo teste vode za patogeno mikrofloro.

Za površinske vire oskrbe z vodo so poleg sanitarnih in bakterioloških preiskav značilni tudi podatki hidrobiološkega opazovanja. Z mikroskopiranjem vzorca vode ugotavljamo število celic fito- in zooplanktona. Ti kazalci se z letnimi časi bistveno spreminjajo – tako glede števila organizmov kot njihove vrstne pestrosti.

V pomladno-poletnem obdobju intenzivnega razvoja alg (cvetenje rezervoarja) lahko vsebnost fitoplanktona v površinskih vodah doseže 50 tisoč celic na 1 ml. Poleti je zooplankton zelo raznolik in ga predstavljajo nižji raki, kolobarji in ličinke mehkužcev. V vodi se lahko pojavijo tudi bentoški organizmi: črvi, ličinke žuželk. Pozimi se v vodi nahajajo predvsem nižji raki. Število organizmov zooplanktona običajno izražamo s številom osebkov na 1 m3 vode. V vodi izvirov so tudi s prostim očesom vidni organizmi. Njihovo število je ocenjeno s številom izvodov v 1 m3. Za reke srednjega pasu evropskega dela naše države je koncentracija zooplanktona 100-10.000 ind. v 1 m vode. Običajno so nekajkrat manjši od organizmov zooplanktona.

IN pitna voda Planktonski organizmi, pa tudi organizmi, vidni s prostim očesom, ne smejo biti prisotni.