БИОИНДИКАЦИЯ И БИОТЕСТИРОВАНИЕ ОСНОВЫ ВОДНОЙ ТОКСИКОЛОГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

БИОИНДИКАЦИЯ И БИОТЕСТИРОВАНИЕ ОСНОВЫ ВОДНОЙ ТОКСИКОЛОГИИ (С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ) доцент Зелеев Р. М.

2 Примерный РЕГЛАМЕНТ ЗАНЯТИЙ по БИ (подчёркнуты дни двойных пар). План: 15 л/9 пр, пока – 10/14 № Тема дата 1. Введение. Общие представления о БИ. Водные среды, поллютанты 6. 09 2. Сточные воды и их БИ 13(16). 09 3. Практические занятия 20. 09 4. Природные воды и их БИ 27. 09 5. Практические занятия 4. 10 6. Основные направления БИ наземных сред 11. 10 7. Объекты и методы БИ наземных сред 9. 10 8. Практические занятия 18. 10 9. Биотестирование (Бт). Основные принципы и объекты 25. 10 10. Практические занятия 1. 11 11. Практические занятия 8 -29. 11 12 Подведение итогов, наземное Бт 6. 12 13. Зачёт 13. 12

3 Некоторые из теоретических обоснований БИ • Теория стресса (адаптационный синдром) - Г. Селье • Концепция адаптационного ландшафта (Симпсон, Расницын А. П. ) • Теория половой и латеральной дифференциации (Геодакян В. А. ):

4 Теория стресса. Адаптационный (неспецифический) синдром эустресс дистресс первичное возбуждение первичное угнетение Ганс Селье (1907 -1982) «плато» истощение • • повышение устойчивости гибель Сформулировал концепцию стресса, Ввел понятие адаптационного синдрома, болезней адаптации и др.

5 Расницын Александр Павлович креод Концепция адаптационного ландшафта (Симпсон, Уоддингтон, Расницын А. П. )

6 Теория половой и латеральной дифференциации СП - соотношение полов ДП - дисперсия полов Геодакян В. А. ♀ ПД - половой диморфизм ♂ ДП ♀ ДП ♂

7 • • • Содержание темы 2: Основы водной токсикологии. Загрязнители и механизмы их действия. Метаболизм основных химических загрязнителей. Экологические эффекты загрязнений различной природы. Самоочищение водоемов. Источники и состав сточных вод различного происхождения.

8 Океан играет огромную роль в глобальном распределении тепла что связано с прогнозами изменений климата, но способствует и распространению загрязнений.

9 Термины и понятия: • токсикант доходит до гидробионта, скорее всего, в измененном виде, поэтому важно выявление источников загрязнения, а также ход изменений токсикантов • токсикокинетика (исследование закономерностей накопления, распределения и выведения в организмах; для практиков - это средство мониторинга) • токсикодинамика (закономерности токсического действия на экосистемы). • фототоксиканты – вещества, превращающиеся под действием света в активный радикал (пищевые красители в большинстве относятся к ним) • биодоступность – способность проникновения токсиканта в организммишень Основные формы нахождения токсикантов: • ионная и молекулярная (растворы), • коллоиды, • взвеси (то, что задерживается на фильтре с порами 450 миллимикрон). Многие токсиканты способны попадать в захоронения в форме карбонатов, сульфатов, фосфатов и т. п.

10 Формы накопления токсиканта: • спонтанное (по градиенту концентрации), • активное – с участием собственных ферментных систем (так, мышьяк усваивается вместо фосфора, а стронций и цезий – вместо кальция и калия соответственно), • неэлектролиты способны растворяться в мембранах, нарушая их проницаемость и другие свойства. • электролиты гидратируются и увеличивают объем частицы. Катион прилипает к внешней (отрицательной) поверхности мембраны, что обеспечивает лишь местный эффект.

11 Токсикокинетика ксенобиотиков

12 Детоксикация Спирты ГХЦГ Бензол ФОСы

13 Категории водной токсикологии : • Абсолютное содержание вещества – на единицу веса (мг/кг, мкг/г и т. п. ). Существуют различные геологические аномалии, нарушающие нормальное содержание веществ; • Коэффициент накопления – Кн = Содержание в ткани / Содержание в среде; • Коэффициент биомагнификации – Кб = Содержание в хищнике / Содержание в жертве. При Кб>1 вещество экологически опасно (например, болезнь Минамата – накопление Ртути) • Коэффициент распределения – Кр = Содержание в ткани 1 /Содержание в ткани 2, моделируется в системе жир/вода.

14 Классификация поллютантов • • • тяжелые металлы (ТМ) нефть и нефтепродукты пестициды ПХБ (полихлорированные бифенилы) СПАВ, детергенты Байкальский ЦБК

15 Тяжелые металлы Hg, Pb, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Zn, Sn, As, Sb, Se, Al 82 Pb 48 Cd Daphnia magna Hg > Ag > Cu > Zn > Cd > Co > Cr > Pb > Ni > Zn > Sn

16 Загрязнение тяжёлыми металлами (ТМ) • Транспорт, энергетика, металлургия и другие отрасли тяжёлой промышленности – основные источники ТМ • Благодаря специфике нашего питания и обмена веществ происходит закономерное перераспределение ТМ из внешней среды в отдельные части внутренней среды

17 -в природе концентрируется в сульфидных рудах. -в атмосфере концентрация ртути (пар и аэрозоль). -время жизни соединений в атмосфере ~ 10 суток (из парообразной формы переходит в аэрозоль и выпадает на поверхность). Из 1 м 3 дождевой воды на землю выпадает 200 мкг ртути. 80 Hg -химически устойчива. -широко используют в химической промышленности (катод при электролитическом производстве Na. OH и Cl; катализатор; в атомной энергетике, электротехнике и приборостроении; в ртутных выпрямителях ламп дневного света, литиевых элементов и др. ; в медицине; в сельском хозяйстве (протравливание семян). Широко используются также соединения ртути -хороший водный мигрант. -частично поглощается водной растительностью и зоо- и фитопланктоном, часть оседает в донных отложениях, заражая бентосные организмы. анаэробными бактериями перерабатывается в жирорастворимую метилртуть, и усвояемую живыми организмами. Там она не выводится, а накапливается в ряде органов, постепенно отравляя организм. Болезнь проявляется форме тяжелых расстройств нервной системы и обмена веществ

18 80 Hg Болезнь Минамата – результат загрязнения ртутью морской воды (1953 г. ), из которой добывалась рыба – основной продукт питания - проявляется форме тяжелых расстройств нервной системы и обмена веществ Повторно зарегистрирована в бухте Ниигата в 1965 г.

19 Поступление ртути в водохранилища • Использование ртутьсодержащих товаров: ртутные лампы, термометры, пестициды и др. • Трансграничный перенос. В РТ поступает с верховьев Волги где сосредоточены крупные промышленные центры (Н. Новгород, Дзержинск и др. ). Один из возможных техногенных источников Дзержинский завод «Капролактам» , шламохранилище которого связано с Окой. Содержание ртути в донных отложениях шламохранилища (1995) - 0. 19 мг/кг, а в илах канала - 2. 6 мг/кг. Содержание ртути в воде шламонакопителя и канала соответственно 0. 0016 мг/л и 0. 0010 мг/л. В сточных водах содержание ртути достигает 1000 и более ПДК. Максимальное значение содержания ртути в воде у города Дзержинск было получено летом 1993 г. (0. 023) мг/л. • вторичные загрязнения вследствие миграции различных поллютантов из донных отложений в воду • Природный канал поступления. Ртуть мигрирует по трансмеридиальному разлому и другим геологическим новообразованиям

20 Пример геологически молодого фактора – ртути, появившейся в Биосфере не раньше перми - триаса Ртутнорудные пояса. 1 – главные месторождения; 2 – пояса рудопроявления (Мур, Рамамурти, 1987) Hg 80 Эпицентры землетрясений (Короновский, Якушова, 1991) Рифтовые сообщества

21 Сопутствующие неорганические загрязнители. Кислотность осадков устойчивость к закислению среды

22 Нефть и нефтепродукты

23 Нефть и нефтепродукты Фракционирование нефти: • летучие фракции • поверхностная пленка • твердые фракции (парафины, битумы) Токсичные компоненты нефти: антрацены Интенсивность грузопотоков нефти пирены

24 В обозримой перспективе загрязнения будут расти

25 Нефть и нефтепродукты

26 Пестициды Неорганические соединения Растительные продукты Синтетические продукты Хлорорганические вещества Фосфороорганические вещества Карбаматы Пиретроиды Симм-триазины Др. продукты

27 Пестициды Биомагнификация хлорорганических пестицидов

28 Некоторые характеристики пестицидов Уровни токсичности пестицидов сильнодействующие <50 мг/кг высокотоксичные 50 -200 мг/кг умереннотоксичные >1000 мг/кг Класс стойкости пестицида Период полураспада Очень стойкие 1 -2 года Стойкие До года Умерено стойкие 1 -6 мес. Малостойкие До 1 мес 200 -1000 мг/кг малотоксичные Стойкость пестицидов Кожно-резорбтивные свойства резорбтивность Резко выраженная Выраженная Слабая ЛД 50 <500 мг/кг 500 -2000 мг/кг > 2000 мг/кг Действие пестицидов: - Кумуляция (материальная, функциональная) - бластомо-канцерогенность - мутагенность - тератогенность - эмбриотоксичность - аллергенность

29 Многое из того, чем мы загрязняем планету, возвращается к нам… ССl 3 Сl СН Сl Дихлор. Дифенил. Трихлорметилметан (ДДТ)

30 СН 2 СООН ИУК Пестициды NH ОН ОСН 2 СООН Cl Cl Cl 2, 4 -Д Cl Cl 2, 4, 5 -Т Cl Cl 2, 3, 7, 8 -ТХДД Cl Cl ПХФ О О Cl

31 ТХДД – тотальный яд!

32 ПХБ (полихлорированные бифенилы) Разработаны в 60 -х годах, используются в силу уникальности физико-химических свойств: m·Cl n·Cl · не летучи · не горят · не замерзают «Arochlor» Использование: -антифризы, -тормозные жидкости -диэлектрики и др. · нетоксичны для млекопитающих Негативные свойства: - липофильность - химическая стойкость

33 СПАВ, детергенты • сложная смесь органических и неорганических веществ в том числе бытового назначения, способны менять р. Н, поверхностное натяжение воды, проницаемость мембран для различных категорий веществ, некоторые вызывают эвтрофизацию и цветение воды

Тема следующей лекции: Природные воды и их БИ (Сточные воды и их БИ)