Биотестирование окружающей среды

 

В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приемы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязненной среды, а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической усложненностью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы.

Живые организмы способны воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами. В настоящее время пристальное внимание уделяется приемам биотестирования, т.е. использования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве средства выявления суммарной токсической среды. Биотестирование представляет собой методический прием, основанный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсического, на организм, его отдельную функцию или систему органов и тканей.

Кроме выбора биотеста существенную роль играет выбор тест-реакции – того параметра организма, который измеряется при тестировании.

Тест-организмы – это биоиндикаторы (растения и животные), которых используют для оценки качества воздуха, воды или почвы в лабораторных опытах.

Примеры тест-организмов:

1)      одноклеточные зеленые водоросли (хлорелла, требоуксия из лишайников и пр.);

2)      простейшие: инфузория-туфелька;

3)      членистоногие: рачки дафния и артемия;

4)      мхи;

5)      высшие растения.

Одно из основных требований к тест-организмам – это возможность получения культур из генетически однородных организмов. В таком случае отличия между опытом и контролем с большей вероятностью могут быть отнесены на счет нарушающего фактора, а не индивидуальных различий между особями.

Наиболее информативны интегральные параметры, характеризующие общее состояние живой системы соответствующего уровня. Для отдельных организмов к интегральным параметрам обычно относят характеристики выживаемости, роста, плодовитости, тогда как физиологические, биохимические, гистологические и прочие параметры относят к частным. Для популяций интегральными параметрами являются численность и биомасса, а для экосистем – характеристики видового состава, активности продукции и деструкции органического вещества.

С увеличением интегральности тест-реакции повышается «экологический реализм» теста, но обычно снижаются его оперативность и чувствительность.

Суть методологии биотестирования заключается в том, что в оптимальных условиях организм реагирует на воздействие среды посредством сложной физиологической системы буферных гомеостатических механизмов. Эти механизмы поддерживают оптимальное протекание процессов развития. Под воздействием неблагоприятных условий механизмы поддержания гомеостаза могут быть нарушены, что приводит к состоянию стресса. Такие нарушения могут происходить до появления изменений обычно используемых параметров жизнеспособности. Таким образом, методология биотестирования основанная на исследовании эффективности гомеостатических механизмов, позволяет уловить присутствие стрессирующего воздействия раньше, чем многие обычно используемые методы.

Для того, чтобы быть пригодными для решения комплекса современных задач, методы биотестирования, используемые для оценки среды, должны соответствовать следующим требованиям:

1)      быть применимыми для оценки любых экологических изменений среды обитания живых организмов;

2)      характеризовать наиболее общие и важные параметры жизнедеятельности биоты;

3)      быть достаточно чувствительными для выявления даже начальных обратимых экологических изменений;

4)      быть адекватными для любого вида живых существ и любого типа воздействия;

5)      быть удобными не только для лабораторного моделирования, но также и для исследований в природе;

6)      быть достаточно простыми и не слишком дорогостоящими для широкого использования.

Одним из наиболее важных требований при оценке состояния среды является чувствительность применяемых методов. Потребность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания к проблемам охраны природы и в связи с развитием природоохранных мероприятий становится необходимым оценивать не только и не столько существенные, как правило, уже необратимые изменения в среде, но и первоначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее нормальное состояние.

Другое важное требование – универсальность, как в отношении физического, химического или биологического оцениваемого воздействия, так и типа экосистем и вида живых существ, по отношению к которым такая оценка проводится. Причем, это необходимо как в отношении отдельных агентов, так и кумулятивного воздействия любого их сочетания (включая весь комплекс, как антропогенных, так и естественных факторов).

Система должна быть относительно простой и доступной, пригодной для широкого использования.

Биохимический подход биотестирования. Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффективности биохимических реакций, уровню ферментативной активности и накоплению определенных продуктов обмена. Изменения содержания в организме определенных биохимических соединений (например, терпеноидов), показателей базовых биохимичеких процессов (например, концентрации хлорофилла у фотосинтезирующих растений) и структуры ДНК в результате биохимических реакций (например, при оксидантном стрессе) могут обеспечить необходимую информацию о реакции организма в ответ на стрессовое воздействие.

Генетический подход. Наличие и степень проявления генетических изменений характеризует мутагенную активноть среды, а возможность сохранения генетических изменений в популяциях отражает эффективнотсть функционирования иммунной системы организмов. В норме большинство генетических нарушений распознаются и элиминируются клеткой, например путем апоптоза за счет внутриклеточных систем или посредством иммунной системы. Достоверное превышение спонтанного уровня таких нарушений является индикатором стресса.

Морфологический подход. В условиях техногенного воздействия на природные экосистемы снижение численности популяций происходит в значительной мере за счет эмбриональной и личиночной смертности. Эмбрионы и личинки – наиболее чувствительные к повреждающим факторам фазы жизненного цикла гидробионтов. Воздействие на организм стрессирующих факторов приводит к отклонениям от нормального строения различных морфологических признаков.

Физиологический подход. Одна из наиболее важных характеристик, высокочувствительная к стрессовому воздействию среды – энергетика физиологических процессов. Наиболее экономичный энергетический обмен имеет место лишь при строго определенных условиях среды, которые могут быть охарактеризованы как оптимальные. Интенсивность энергетического обмена аэробного организма может быть определена посредством измерения скорости потребления кислорода. При оптимальных условиях организм находится на самом низком энергетическом уровне, при любых негативных изменениях среды обитания потребность в кислороде будет увеличиваться. Для характеристики энергетического обмена две величины являются фундаментальными: основной обмен и максимальный обмен. Основной обмен отражает минимальный уровень потребления энергии, необходимый для обеспечения нормального функционирования организма при отсутствии каких-либо внешних воздействий. Максимальный обмен соответствует предельному количеству энергии, которое организм способен выработать в случае необходимости. Разность между этими величинами представляет энергетический ресурс адаптации конкретного вида животных, поскольку основной и максимальный уровни обмена являются видоспецифическими величинами.

Биофизический подход. Биофизические методы контроля качества среды всегда основаны на инструментальном определении нарушений биохимических и биофизических процессов тест-организмов. Одни из них регистрируют изменения функций мембранных структур клеток другие оценивают показатели электропроводности тканей, третьи – способность генерировать электрические потенциалы и т.д.

Среди возможностей применения подходов биотестирования следует отметить их пригодность в мониторинге районов с интенсивным развитием промышленности и сельского хозяйства. Кроме того, биотестирование позволяет провести беглое сканирование больших пространств в целях ранней диагностики экологических нарушений.

Обобщить результаты, полученные методами биотестирования, допустимо по всем методам в пределах каждого подхода; по всем подходам для каждого вида или группы видов живых организмов; для экосистемы в целом, что дает надежную суммарную оценку состояния среды и исключает ошибочное заключение, вполне возможное при использовании единичных показателей в отношении отдельных видов. Итоговое заключение должно содержать характеристику качества среды в исследуемомрайоне (оценку степени отклонения от нормы и фонового состояния; оконтуривание зоны ощутимых последствий воздействия) и оценку благоприятности среды для человека.

 


3000 от 29900 Мвидео промокод Mvideo по всей России
3000 от 29900 Мвидео промокод Mvideo по всей России


Анкетолог - опросы и конструктор анкет. Скидка 25%
Анкетолог - опросы и конструктор анкет. Скидка 25%


App Store & iTunes - Пополнение баланса Россия
App Store & iTunes - Пополнение баланса Россия