Биотестирование (bioassay) – это процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов в лабораторных условиях. На сегодняшний день наиболее широкое применение биотестирование получило в оценке качества водной среды. На основе тест-функций разрабатываются методические руководства по их использованию с четким описанием реакций тест-объектов при различных уровнях воздействия загрязнения, что позволяет установить пороги воздействий токсичности среды и однозначно ответить – хорошо, средне, плохо. Биотестирование позволяет определить количественную меру неблагоприятных изменений среды и поэтому широко внедряется в практику разработки и корректировки экологических нормативов (ПДК, ОДК и др. нормативов), составления прогнозов.
Биотестирование как метод оценки токсичности водной среды используется: при проведении токсикологической оценки промышленных, сточных бытовых, сельскохозяйственных, дренажных, загрязненных природных и пр. вод с целью выявления потенциальных источников загрязнения, в контроле аварийных сбросов высокотоксичных сточных вод, при проведении оценки степени токсичности сточных вод на разных стадиях формирования при проектировании локальных очистных сооружений, в контроле токсичности сточных вод, подаваемых на очистные сооружения биологического типа с целью предупреждения проникновения опасных веществ для биоценозов активного ила, при определении уровня безопасного разбавления сточных вод для гидробионтов с целью учета результатов биотестирования при корректировке и установлении предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водоемы со сточными водами, при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки, проектов очистных сооружений и пр.
Тест-объект (test organism) - организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др. В качестве тест-объектов используются различные гидробионты - водоросли, микроорганизмы, беспозвоночные, рыбы. Наиболее популярные объекты - ювенальные формы (juvenile forms) планктонных ракообразныхфильтраторов Daphnia magna, Ceriodaphnia affinis. Например, семидневный тест на суточной молоди цериодафнии Ceriodaphnia affinis позволяет за более короткий срок (7 сут), чем на Daphnia magna (21 сут. ) дать заключение о хронической токсичности воды.
Основания для выбора тест-объекта при проведении биотестирования - стандартные методики, регламентированные нормативными документами. Токситы – новое поколение биотестов, предназначены для проведения исследований острой токсичности природных сред. Разработаны в лаборатории экологической токсикологии и водной экологии (LETAE), Университета Гент, Бельгия под руководством проф. G. Persoone Содержат все обходимые материалы для выполнения биотестирования и реализуются вместе со всеми необходимыми приспособлениями, посудой и средами для культивирования
Примеры тест-функций, используемых в качестве показателей биотестирования для различных объектов: для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых - выживаемость (смертность) тест-организмов. для ракообразных, рыб, моллюсков - плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток. для культур одноклеточных водорослей и инфузорий - гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры. для растений - энергия прорастания семян, длина первичного корня и др.
Токсичность (toxicity) - cвойство химических веществ проявлять повреждающее или летальное действие на живые организмы. Токсикант - вещество, оказывающее токсическое действие, Токсикация - процесс воздействия токсиканта на организм Токсический эффект (toxic effect) - изменение любого показателя жизнедеятельности или функций организма под воздействием токсиканта
Виды токсичности: 1 Острая токсичность выражается в гибели отравленного организма за короткий промежуток времени - от нескольких секунд до 48 ч. 2 Хроническая токсичность среды проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов и возникновения патологических состояний (токсикозов). 3 Интегральная токсичность (integral toxicity) - токсичность сложных смесей, сточных вод, многокомпонентных факторов для водных организмов.
Количественно интегральная токсичность определяется как величина, обратная максимальному разведению (1: 2, 1: 5, 1: 10, 1: 50, 1: 100 и т. д. ), при котором не наблюдается каких-либо нарушений жизненно важных функций тест-организмов при 24 -48 часовом биотестировании. Выражается в баллах токсичности (БТ) целыми числами (2, 5, 10, 50, 100 и т. д. ) соответственно величинам разведения. Баллы токсичности могут быть четко ранжированы и позволяют выстраивать ряд исследуемых веществ или вод по снижению (повышению) уровня их токсичности.
Толерантность (tolerance) - выносливость (устойчивость) организма к повреждающим воздействиям Диапазон толерантности - пределы колебаний концентраций токсических веществ, при которых не происходит нарушений функций организма. Толерантный лимит (tolerance limit, TLm) - количественное выражение концентрации токсиканта, при которой гибнет или выживает 50% тест-организмов за 48 ч опыта. Токсикорезистентность (toxin resistance)- сопротивляемость живых организмов к воздействию токсических веществ. Токсобность (toxobity) - способность водных организмов существовать в токсической среде, сорбируя или используя определенное количество токсического вещества.
Основные параметры токсикометрии • минимально переносимая или пороговая (threshold concentration) концентрация (LC 0), • медианная летальная концентрация (LС 50), • медианная летальная доза (LD 50), • абсолютно летальная концентрация (LC 100). • зона токсического действия (toxic effect limits) - диапазон токсических концентраций - от LC 0 до LС 50
Веслоногие ракообразные копеподы Икра морских ежей Личинки устриц Одноклеточные водоросли
мизиды гидроиды Личинка полихеты Личинки краба мидии
Биотестирование морской воды с использованием личинок устриц Качество морской среды оценивается по числу личинок, у которых оказались недоразвитыми раковинки после их 48 часовой экспозиции. Критерии для токсикологической оценки: - менее 5% уродств — нетоксично; - 5— 15 — слабая токсичность; - свыше 15 —токсично; - свыше 50 — летальный порог; - свыше 90% — летальный исход.
Использование одноклеточных водорослей в биотестировании Стандартная методика для оценки токсичности отходов при их сбросе в море (США) Клетки культуры водорослей (тест-объект Sceletonema costatum) выращивают при 20°С в течение 96 ч в колбах объемом 125 мл на качалках при интенсивности освещения 450— 500 лк со сменой дня и ночи (16— 8 ч). Рост культуры клеток определяют по их числу в начале и конце опыта в контрольных колбах и колбах с токсикантом.
Тестирование с использованием диффузионных культур Отбор производят из мешка шприцем, подсчитывают число клеток в единице объема. Полупроницаемые мешки с тесторганизмами, прикрепленные концами к барабану, помещаются в специальной камере, через которую непрерывно или с паузами протекает испытуемая вода. Культура перемешивается благодаря вращению барабана со скоростью 2 об/мин. Интенсивность освещения культур при длине светового дня 14— 16 ч находится в пределах 2500 -5000 лк, Т воды может колебаться от 12 до 20°С в зависимости от вида водоросли и режима протока.
Использование гидроидов в биотестировании Показателями отклика на воздействие токсикантов в опытах : - торможение скорости роста, - увеличение продукции гонозооида, - цитохимические показатели, - морфологические уродства. С. flexuosa
Использование личинок полихет в биотестировании Тест-культура: Ophelia bicornis и Sabellaria alveolata продолжительность опыта от одного до десяти дней определяемые показатели: - подвижность, - смертность - скорость метаболизма
Использование личинок краба для биотестирования Основные показатели токсичности: - выживаемость личинок до определенных стадий, - длительность личиночной стадии, - частота уродств у личинок в стадии мегалопа - отклонение в поведении личинок
Использование мидий в диагностике загрязнения воды тяжелыми металлами Выявлены три стадии в реакции моллюсков на медь: 1) при 0, 021 мг/л — резкое замыкание створок; 2) при дальнейшем повышении концентраций Си - попеременное открывание и замыкание створок; 3) при концентрации 0, 2 мг/л окончательное замыкание створок с полной изоляцией от окружающей среды. В статических условиях при 96 часовой экспозиции летальная концентрация (LC 50) для Cd и Zn оказалась соответственно равной 1, 62 и 2, 5 мг/л.
Использование макрофитов в биотестировании морской воды 1. Zn и Рb в концентрациях 10 мг/л ( 3 суток) не вызывает отрицательного влияния на жизнедеятельность водорослей. 2. Концентрация меди 1 мг/л, (соответствует 300— 500 мкг/г сухой массы растения), вызывает гибель водорослей. Cystoseira crinita 3. Концентрация Zn, Со или Мn от 2 до 60 мкг/л приводит к снижению активности роста таллома
Скачать презентацию Биотестирование bioassay это процедура установления токсичности среды
биотестир. осн. понятия. примеры.ppt