Лекция 11 БИОТЕСТИРОВАНИЕ ВОДНЫХ СРЕД
Биотестирование водной среды в российской науке Строганов Николай Сергеевич (1902 -1982) Филенко Олег Федорович Флеров Борис Александрович
Биотестирование вод с помощью разных организмов Редуценты (самоочищение водной среды) • Бактерии • Простешие • Грибы • пр. Продуценты • Водоросли • Высшие водные растения Консументы • Зоопланктон • Зообентос • Рыбы • Насекомые • пр.
Некоторые тест-объекты и тест-функции Тест-объект Критерий бактерии • интенсивность размножения клеток • биолюминесценция • активность окислительных ферментов бактерий активного ила, потребление кислорода простейшие • интенсивность размножения • двигательная активность • фагоцитоз • генотоксичность • морфологические изменения водоросли • интенсивность размножения клеток • иммобилизация клеток и зооспор • способность клеток к дифференцированному окрашиванию • замедленная флуоресценция • биоэлектрическая реакция • плазмолиз • фотосинтетическая активность клеток
грибы и актиномицеты • ростовая реакция беспозвоночные гидра - регенерация подошвы поведенческие реакции (пиявка, перловица, приморский гребешок, гаммариды) моллюски - закрывание створок насекомые – цитогенетические изменения (гигантские хромосомы личинок хирономид) рыбы • поведенческие реакции • двигательная активность (избегание токсичности) • интенсивность сердцебиения и дыхания, движение жабр • пигментация кожных покровов растения • ростовые процессы • всхожесть семян • генетические эффекты
Дафнии Преимущества простота культивирования и содержания наглядность функциональных изменений и легкость их учета многоклеточная организация высокая чувствительность к токсическим воздействиям изученность вида Критерии (тест-функции) • Выживаемость • Плодовитость • Фототаксическая реакция и скорость передвижения (включая иммобилизацию) • Фильтрационная активность ( «аппетит» ) • Интенсивность дыхания • Частота сердцебиений
Метод биотестирования Тест-объект Критерии токсичности Область применения Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний ФР. 1. 39. 2007. 03222 ПНД Ф Т 14. 1: 2: 4. 12 -06 (ПНД Ф Т 16. 1: 2: 3: 3. 906)9. Дафнии Смертность 50% за 96 ч (острая токсичность). Достоверное снижение плодовитости за 24 сут в сравнении с контролем (хроническая токсичность) Поверхностные, природные пресные, сточные и очищенные сточные, питьевые воды, водные вытяжки из почв, осадков сточных вод, отходов Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости цериодафний ФР. 1. 39. 20007. 03221 Цериодафнии Смертность 50% за 48 ч (острая токсичность). Достоверное снижение плодовитости за 7 сут в сравнении с контролем (хроническая токсичность) То же Определение токсичности золошлаковых отходов методом биотестирования на основе выживаемости парамеций и цериодафний ФР. 1. 39. 2007. 04104. ПНД Ф Т 16. 3. 12 -07 Цериодафнии Определение токсичности высокоминерализованных поверхностных и сточных вод, почв и отходов по выживаемости солоноватоводных рачков ФР 1. 39. 2006. 0250. ПНД Ф Т 14. 1: 2. 14 -06 (ПНД Ф Т 16. 1: 3. 11 -06) Рачки Daphnia magna Ceriodaphnia affinis, Инфузории Paramecium caudatum Artemia salina Высокоминерализованные (засоленные) поверхностные и сточные воды, почвы и отходы
Инфузория Критерии Биотестер Двигательная активность (хемотаксис ) Выживаемость Скорость размножения одноклеточные эукариотические организмы геном инфузорий из рода Tetrahymena состоит из 27 тысяч генов (человек – 25 тысяч) Высокая адаптивная способность Фагоцитоз Генотоксичность
Методы биотестирования, применяемые для целей производственного экологического контроля качества вод, почв, промышленных отходов Метод биотестирования Тест-объект Критерии токсичности Область применения Определение токсичности воды по хемотаксической реакции инфузорий ПНД Ф Т 14. 1: 2: 3: 4. 2 -98 Инфузории Хемотаксическая реакция (хемотаксис) Поверхностные, природные пресные, сточные и очищенные сточные, грунтовые, питьевые воды Определение токсичности почвы и донных осадков по хемотаксической реакции инфузорий ПНД Ф Т 16. 2: 2. 298 Инфузории Хемотаксическая реакция (хемотаксис) Почва и донные осадки Определение токсичности отходов, почв, осадков сточных, поверхностных и грунтовых вод с использованием равноресничных инфузорий ФР. 1. 39. 2006. 02506 ПНДФ Ф Т 14. 1: 2: 3: 13 -06 Инфузории Хемотаксическая реакция (хемотаксис) Поверхностные, природные, пресные, сточные и очищенные сточные, грунтовые, питьевые воды, водные вытяжки из почв и донных осадков Paramecium caudatum
Аллиум-тест Удобный и простой тест-объект Критерии: Токсичность определяют по длине корней Генотоксичность – нарушения хромосом
Применение Allium-теста для оценки качества окружающей среды Место работ Загрязнение Результаты Коми, свалка отходов радиевого промысла ТЕРН & ТМ Все образцы воды являются генотоксичными. Основной токсикант - ТМ Пермская обл. , подземный ядерный взрыв Искусственные РН 90 Sr Обнинск, хранилище РАО Искусственные РН & ТМ Все образцы воды являются генотоксичными. Основной токсикант - ТМ Польша, Верхняя Силезия, шахтовые отвалы ТЕРН & ТМ Все образцы воды и почвы являются генотоксичными. Основные токсиканты – Ra-226, Ba, Sr, Cu Семипалатинский испытательный полигон Искусственные РН Анализ не закончен вносит существенный вклад в индукцию цитогенетических эффектов
Test-site I: Obninsk, Russia
Test-site II: Poland
Test-site II: Poland
Test-site II: Poland
Люминесцентные бактерии содержат фермент люциферазу, осуществляющий эффективную трансформацию энергии химических связей жизненно важных метаболитов в световой сигнал Отклик люминесцентных бактерий на токсические вещества коррелирует с таковым у других биологических организмов Флуоресцентные рыбки Величина 50%-го тушения свечения ЕС 50 коррелирует с величиной летальной концентрации для высших животных и человека Трансгенные неоны
Люминесцентные бактерии - биосенсоры Биосенсор Microtox на основе лиофилизированных морских люминесцентных бактерий Photobacterium phosphoreum (Microbics Operations of Beckman Instruments, Inc. (США)) Биосенсор “Эколюм” (МГУ, Москва) - комплект реагентов с биолюминесцентной активностью флакон с биосенсором Эколюм
«БИОТОКС» - прибор экологического контроля Предназначен для быстрого количественного контроля степени интегральной токсичности проб воды и водных вытяжек из различных объектов окружающей среды в лабораторных условиях для медицинских, санитарногигиенических и экологических целей Работа основана на регистрации слабого свечения биосенсора, проявляющегося в процессе биолюминесцентной реакции на наличие токсичных химических веществ в водном растворе Индекс токсичности Ik и I - интенсивность биолюминесценции контрольной и исследуемой пробы кюветное отделение
«БИОТОКС» - прибор экологического контроля • Прибор вычисляет максимальные и минимальные значения, средние и среднестатистические ошибки измеряемых параметров проб • Имеется выход на компьютер • Сходимость и воспроизводимость результатов не хуже 5%. может применяться для: - экспресс-контроля отходов и сбросов промышленных предприятий; - контроля технологических процессов в режиме реального времени; - определения уровня токсичности новой продукции; - оценки профвредности рабочих мест на предприятиях; - исследования питьевой воды, водоемов, почвы и воздуха на содержание вредных веществ; - контроля токсичности материалов и лекарственных средств; - контроля безопасности продуктов питания
Метод биотестирования Тест-объект Критерии токсичности Область применения Определение токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей ФР. 1. 39. 2007. 03223 Водоросли Изменение численности клеток водорослей за 96 ч экспозиции (острая токсичность). Изменение численности водорослей за 14 сут (хроническая токсичность). Изменение интенсивности свечения. Поверхностные, природные пресные, сточные и очищенные сточные, водные вытяжки из почв, осадков сточных вод, отходов Определение токсичности проб поверхностных пресных, грунтовых, питьевых, сточных вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению оптической плотности культуры водоросли хлорелла ПНД Ф Т 14. 1: 2: 3: 4. 10 -04 (ПНД Ф Т 16. 1: 2. 3: 3. 7 -04) Водоросли Chlorella Определение токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению интенсивности бактериальной биолюминесценции тест-системой "Эколюм" на приборе "Биотокс-10" ПНД Ф Т 14. 1: 2: 3: 4. 11 -04 (ПНД Ф Т 16. 1: 2. 3: 3. 8 -04) Лиофилизированн ые люминесцентные бактерии Scenedesmus quadricauda vulgaris Beijer Изменение оптической плотности Подавление свечения люминесцентных бактерий Поверхностные, природные пресные, сточные и очищенные сточные воды, морская вода, почва, отходы, донные осадки
Системы (батареи) биотестов Полезно использовать для биоиндикации и биотестирования не отдельные биотесты, а системы, включающие тест-организмы различных трофических уровней: Экспрессный тест (гашение люминесценции светящихся бактерий, иммобилизация жгутиковых животных) Выживаемость дафний (как обязательный метод контроля) Дополнительный биотест для данной среды Токсичность нефтепромысловых сточных вод определяют комплексом тестобъектов: Инфузории Водоросли Высшие культурные растения Другая система для сточных вод: гидробионты двух уровней хлорелла-перифетон Таких систем существует много
Скачать презентацию Лекция 11 БИОТЕСТИРОВАНИЕ ВОДНЫХ СРЕД Биотестирование водной
Л11_2013 Биотестирование воды.ppt