Биотестирование в оценке токсичности среды обитания гидробионтов
Введение
Определение состояния окружающей среды является одной из важнейших задач, стоящих перед экологической наукой. Имеется большое количество методов экологического мониторинга, включающих анализ разнообразных компонентов воздуха, воды и почвы, как основных составляющих природных сред с использованием физических, химических и биологических компонентов. Физические и химические методы исследования основаны на измерении концентрации содержащихся в природных средах разнообразных ксенобиотиков с помощью разнообразных приборов, однако, это в основном нерегулярные и непостоянные измерения, хотя, естественно, имеются и модельные площадки, где такое определение проводят на постоянной основе. Однако, физически невозможно везде во всех географических зонах и ландшафтных территориях Российской Федерации проводить такие исследования, а наблюдения за видовым составом фауны и флоры позволяют оценить состояние экологии в любом регионе.
Целью реферата является анализ возможности использования метода биоиндикации для определения степени загрязнения водных источников токсикантами.
В задачи реферата включили:
характеристику проблемы загрязнения гидросферы,
характеристику биоиндикации, как метода оценки экологического состояния окружающей среды,
описание особенностей использования метода биотестирования в водной среде,
характеристику гидробионтов, являющихся биоиндикаторами токсичности водных источников.
Загрязнение гидросферы – одна из глобальных проблем современной экологии.
Биосфера нашей планеты состоит из трех основных сред обитания живых организмов: атмосферы, гидросферы и литосферы. Гидросфера, представляющая собой водную оболочку Земли, состоит из морских вод мирового океана, континентальных поверхностных пресных вод, подземных вод, ледников, располагающихся как на полярных «шапках» планеты, так и на горных вершинах, а также включает и атмосферную воду, и, в самом широком смысле, воду собственно живых организмов. Более 1,5 миллиардов кубических километров воды включает гидросфера Земли, при этом 94% ее составляют соленые воды, на долю ледников приходится около 1,68%, а на поверхностные воды суши приходится всего лишь 0,02%. Представить без воды биосферу Земли невозможно, она является неотъемлемой составной частью всех живых организмов, объединяет в единую природную систему все компоненты любых экологических систем. Поэтому загрязнение водных ресурсов на поверхности суши, в глубине литосферы, в атмосфере или на океанических просторах, которое мы наблюдаем в наше время, стало глобальной экологической проблемой нашей планеты. Вода подвергается разнообразным видам загрязнений: физическому, тепловому, химическому, органическому, биологическому, радиоактивному. Источниками загрязнения и засорения водоемов являются:
сточные воды животноводческих, промышленных и коммунальных предприятий,
сбросы транспорта, сплав лесоматериалов, шахтные и рудничные воды,
попадание в подземные и наземные водные источники компонентов сельскохозяйственного производства (пестицидов и удобрений).
Из промышленных отраслей особенно вредны сточные воды целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, энергетической промышленности, коммунальных предприятий. Поэтому для человечества крайне актуальной является проблема чистой питьевой воды, поскольку потребность людей в год составляет до 2200 км3 пресной воды. Около 20% населения городов и 75% людей, живущих в сельских районах, испытывают в настоящее время дефицит пресной воды [12].
Биотестирование как метод оценки качества окружающей среды.
Биоиндикация, как метод исследования состояния окружающей среды, характеризуется оценкой биологического накопления веществ в флоральных и фаунистических компонентах экосистем. Так как для живых организмов весьма опасными являются ксенобиотики, способные накапливаться и концентрироваться в клетках растений и животных, входящих в пищевые цепи, то именно их легче всего можно обнаружить, анализируя состав как отдельных органов, так и организмов в целом. Особенно неблагоприятными являются радионуклиды, тяжелые металлы, хлорорганические производные. Индикация с помощью живых организмов опирается не только на анализ состава клеток, органов или организмов, но и в целом характеризует популяции тех или иных видов, количественный состав которых часто свидетельствует о накоплении в среде тех или иных ксенобиотиков, вызывая либо уменьшение популяции, либо ее рост. Особенно важен метод биоиндикации в том случае, когда экологический фактор не поддается измерению, либо, когда необходимо провести анализ изменения природной среды в динамике, для чего могут использоваться остатки живых организмов, находящихся в разных горизонтах почвы. Если концентрацию поллютанта трудно измерить, то именно анализ состояния популяции обитателей экосистемы позволяет сделать вывод о его опасности или безопасности [3, 7].
Естественно, что сочетание физико-химических и биологических методов в диагностике экологического состояния экосистем является наиболее оптимальным. Биоиндикация позволяет просто, быстро и дешево определить наиболее проблемные по экологическому состоянию территории, включая и водные источники, располагающиеся на них, на которых затем можно проводить углубленные исследования с помощью аппаратуры и специальных методик. Биоиндикация подразделяется на прямую и косвенную. При прямой биоиндикации определяется состояние базового биологического компонента экосистемы в результате непосредственного воздействия на него ксенобиотика, например, в водной экосистеме токсикант прежде всего воздействует на состав и численность его первичных пищевых звеньев, а косвенная биоиндикация будет опираться на снижение популяции гидробионтов, питающихся теми видами простейших или ракообразных, популяция которых снизилась в результате воздействия ксенобиотика [2, 5].
В биоиндикации используются все биологические объекты (от отдельных клеток и даже биологических молекул до биосферы в целом). Для установления различия между ними используется термин «биоиндикаторные системы». При выборе биоиндикатора руководствуются следующими критериями: чувствительность к определенному фактору, аккумулятивность, специфичность по отношению к изучаемому фактору, надежность и простота в определении состояния биоиндикаторного вида. Выдающийся эколог Ю.Одум предложил несколько критериев для выбора биоиндикаторных видов: стенотропность, широкая распространенность популяции биоиндикаторного вида, определение лимитирующих значений оцениваемого фактора, использование численных соотношений разных популяций (видов) в определенных условиях [9].
Важен подбор регистрирующих биоиндикаторов, которые реагируют на наличие повреждающего фактора хорошо различаемыми признаками: отрицательной динамикой численности популяции, четко определяемыми морфологическими признаками
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. Значимой группой биоиндикаторов являются виды – накапливающие индикаторы, которые концентрируют ксенобиотики в своих органах, например, в хитиновых панцирях [10].
Тест-объектами, чаще всего используемыми в биоиндикации, являются растительные (зеленые водоросли) и животные (инфузория-туфелька из простейших, дафния и артемия из членистоногих, представители класса насекомых и рыб) организмы. Официально в России узаконены биотесты на ракообразных, водорослях и рыбах [1].
Особенности биоиндикации в водоемах заключаются в том, что в этих биосистемах аналогов растительным компонентам биоценозов суши, отличающихся пространственной стабильностью, относительно мало, поэтому опорой ученых, анализирующих экологическое состояние водной среды, являются популяции мелких ракообразных организмов, обладающих рядом важных биоиндикационных функций, таких как аккумулирующая способность. В биоиндикации существует ряд направлений, основанных на различных свойствах живых организмов. Это, прежде всего, аккумулирующая функция, которая основана на способности накопления элементов в организмах или органах организмов. Чувствительность организмов к токсинам, как прямая, так и непрямая, выражающаяся в изменении численности популяции и вариативности поведенческих реакций этих организмов, также служит важным направлением исследований в биоиндикации. Биотестирование, осуществляемое в искусственных условиях лабораторных или лабораторно-полевых экспериментов, несколько отличается от биоиндикации, обеспечивающейся посредством наблюдений за состоянием природных биоценозов, однако, это тоже важный метод экологической оценки состояния биосистем. В таблице 1 представлены особенности применения биотестирования при определении токсичности водной среды [13].
Биотестирование в водных источниках основывается на использовании таких тест-объектов, как дафнии (ракообразные), хлорелла (водоросли), гуппи (рыбы), что позволяет распределять изучаемые воды по классам их состояния и определять пригодность воды к применению для питьевых целей [11].
Таблица 1. Области применения методов биотестирования токсичности водной среды [13].
Объект биотестирования Параметры токсичности, норматив Цель биотестирования Тест-организм
Химические вещества Концентрации: ЛК50, МНК, ПДК, ОБУВ, ЕК50 Рыбохозяйственное нормирование; контроль токсичности в международной торговле Гидробионты – представители трофических уровней водных экосистем. Стандартный набор тест-организмов
Производственные, технологические и сточн.воды(точечные источники загрязнения) Коэффициент (кратность) разбавления Оценка эффективности очистки, выявление опасных компонентов, регламентация сброса, экологическая паспортизация предприятий Наборы биотестов
Природные воды (неточечные источники загрязнения) ОТД, ХТД, ЛД50 Проверка соответствия качества воды установленным регламентам. Оценка токсикологического состояния водных объектов. Выявление зон экологического бедствия и чрезвычайных ситуаций Набор биотестов
Условные обозначения: ЛК50 – летальная концентрация для 50% тест организмов; ЕК50 –эффективная концентрация для 50% тест-организмов; МНК – максимальная недействующая концентрация; ПДК – предельно допустимая концентрация; ОБУВ – ориентировочно безопасный уровень воздействия; ОТД – острое токсическое действие; ХТД – хроническое токсическое действие; ЛД50 – время гибели 50% тест- организмов.
Биотестирование в системе постоянных наблюдений на водных объектах включают такие тест-организмы, как водоросль Scenedesmus quadricauda,у которой эффективность фотосинтеза можно определить по флуоресцентным характеристикам, как дафнии, реагирующие на токсины в воде показателями выживаемости и плодовитости, как гаммариды и пиявки, обладающие высокой чувствительностью к токсинам в воде [15].
Особенности применения метода биотестирования в водной среде.
Ни один из гидробионтов, который может использоваться в качестве тест-объекта в биоиндикации, не обладает универсальностью по отношению к токсикантам. Поэтому используют в токсикологических исследованиях представителей разных трофических уровней, что позволяет дать комплексную и объективную оценку качеству водной среды. В 77%-ах случаев рыбы и дафнии являются лимитирующими объектами и реагируют на значительную часть ксенобиотиков. Возрастание токсикорезистентности гидробионтов в пищевой цепи соответствует следующему ряду: рыбы – зоопланктон – сапрофитная микрофлора – зообентос – фитопланктон, таким образом главными тест-объектами в водных источниках являются рыбы и зоопланктон, а микрофлора, зообентос и фитопланктон выполняют вспомогательную роль. Токсиканты, воздействующие на молодь рыб, формируют следующий ряд: дизельное топливо - медь – фенол, цинк. Для ракообразных мизид ряд поллютантов по токсичности уже имеет другой вид: медь - дизельное топливо – фенол – цинк [9].
При определении степени очистки сточных вод при сбросе ее в водный объект используют кратковременный биотест на Daphnia magna или Ceriodaphnia affinis, а при контроле хронического токсического действия воды в изучаемом водном объекте – долговременные биотесты на состояние популяций Daphnia magna или Ceriodaphnia affinie, Scenedesmus quadricauda или Chlorella vulgaris, Poecilia reticulata или Brachydanio rerio [6].
В таблице 2 представлены показатели качества вод, которые устанавливаются методом биотестирования.
Таблица 2. Показатели качества воды, устанавливаемые с помощью биотестирования [14].
Объект биотестирования Основные характеризуемые показатели Параметры токсичности Цель биотестирования Тест-объекты
Химические вещества различной химической природы Выживаемость (гибель),
Динамика численности,
Плодовитость
Функциональные показатели,
Тератологический, мутагенный эффект Концентрации:
ЛК50,
ЛК100,
НДК,
ПДК,
ОБУВ Предварительная оценка токсичных веществ, вводимых в природно-хозяйственный оборот. Сравнительная оценка чувствительности и устойчивости различных гидробионтов к токсическим веществам и их сочетанием в комплексе. Получение исходной информации для разработки рыбохозяйственных и экологических ПДК (нормирование) Представительные текст-объекты основных трофических уровней водных экосистем.
Стандартный набор биотестов
Сточные воды (производственные, технологические, бытовые)
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
