Регистрация / Вход
Прислать материал

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДНЫХ СРЕД МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ: РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ И КАК УЛУЧШИТЬ ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

Сведения об участнике
ФИО
Григорьев Юрий Сергеевич
ФИО (на английском языке)
Grigorev Yury Sergeevich
Название организации
Сибирский федеральный университет
Информация о докладе
Вид доклада
Устный доклад
Секция
Биотестирование в нормировании и токсикологическом контроле
Название доклада
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОДНЫХ СРЕД МЕТОДАМИ БИОТЕСТИРОВАНИЯ: РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ И КАК УЛУЧШИТЬ ВОСПРОИЗВОДИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Аннотация
Биотестирование токсичности воды позволяет оперативно сигнализировать об опасности загрязнителей, попадающих в окружающую среду, что дает возможность предупредить возникновение в ней неблагополучных экологических ситуаций. Рассмотрены требования к выполнению этого вида биологического анализа.
Ключевые слова
Биотестирование, токсичность вод, класс опасности отходов, биотесты, условия проведения, воспроизводимость результатов
Введение

Биологические методы оценки состояния окружающей среды при их использовании в экологическом мониторинге наряду с традиционными приемами химического анализа позволяют более комплексно характеризовать качество этой среды. Это достигается благодаря тому, что живые организмы, реагируя сразу на все или большинство загрязнителей, позволяют оценить их реальную экологическую опасность. Методами аналитической химии, даже получив полную информацию о качественном и количественном составе ксенобиотиков в объектах окружающей среды, можно лишь приблизительно установить степень их воздействия на природные экосистемы. Это обусловлено тем, что в большинстве случаев остается неясен характер совместного действия загрязнителей, поскольку влияние каждого из них может взаимно усиливаться, подавляться или просто дополнять друг друга.

Биологический контроль загрязнения окружающей среды включает два методических подхода – это биоиндикация и биотестирование. В основе биоиндикации лежит определение состояния организмов, обитающих в исследуемой среде, тогда как биотестирование проводится с помощью специальных тест-организмов, вносимых в анализируемую среду или ее образцы. Методами биоиндикации можно установить реальную степень воздействия загрязнителей на природные экосистемы и спрогнозировать характер их изменения в будущем. Вместе с тем, дать такие заключения можно только после достаточно продолжительного периода воздействия на объект исследования. Результаты биотестирования позволяют в более короткие сроки определить потенциальную опасность анализируемых проб воды, почвы и воздуха для окружающей среды. При этом биотесты не могут дать точный ответ на вопрос, какое воздействие выявленная токсичность стоков и выбросов окажет на водные и наземные экосистемы. Главная задача тестов на токсичность - оперативно сигнализировать о степени опасности загрязнителей и таким образом предупреждать возникновение неблагополучных ситуаций в окружающей среде.

Методы и материалы

В России методы биотестирования получили наиболее широкое применение при установлении класса опасности отходов. В соответствии с вышедшим в 2001 году приказом №511 Министерства природных ресурсов и экологии РФ (документ переиздан в 2014 под № 536) для подтверждения отнесения отходов к 5-ому классу опасности, установленному расчетным методом, из них делается водная вытяжка, которая подвергается биотестированию на токсичность. Для этого рекомендовано использовать не менее двух тест-объектов из разных систематических групп. Указано, что за окончательный результат принимается класс опасности, выявленный на тест-объекте, проявившем более высокую чувствительность к анализируемому отходу.

Трудно не согласиться с последним тезисом данного документа, однако большие сомнения вызывает тот факт, что не регламентировано положение о выборе этих двух тест-организмов. Ясно, что нет такого организма, который бы одинаково реагировал на все поллютанты и тем более на уровне ПДК. Поэтому в зависимости от выбранной пары тест-объектов результат биотестирования токсичности отхода и, следовательно, заключение о его классе опасности будут различными. С любой точки зрения это не допустимый факт. Более того, такой результат анализа компрометирует само использование биотестирования, как наиболее адекватного методического приема при определении возможного вреда отхода для окружающей среды и установлении его класса опасности.

Нам представляется, что проводить биотестирование отходов следует на трех тест-организмах из трех экологических групп, различающихся по способу питания и организации. В первую группу входят дафнии и цериодафнии, во вторую – водоросли хлорелла и сценедесмус и в третью – парамеции и бактерии. Выбор трех тест-организмов по одному из каждой группы позволит более точно устанавливать класс опасности отходов за счет выявления токсичности основных его компонентов и обеспечит лучшую сходимость результатов анализов, выполненных в лабораториях, работающих с разными тест-организмами.

В том же приказе указывается, что «при исследовании водных вытяжек из отходов с повышенным солесодержанием (содержание сухого остатка в исследуемой водной вытяжке более 6 г/дм3) применяется не менее двух тест-объектов, устойчивых к повышенному солесодержанию из разных систематических групп». В этой связи считаем, что солоноводные организмы следует использовать для контроля тех отходов, которые представляют угрозу прямого загрязнения морей или солоноводных водоемов. В случаях возможного влияния солесодержащих отходов на пресные водные объекты и организмы в местах хранения (на полигонах, амбарах с буровыми растворами, шламохранилищах и др.), биотестирование должно проводиться на пресноводных тест-объектах. Это обусловлено тем, что повышенное содержание солей может само-по-себе представлять угрозу для пресноводных экосистем.

 

 

 

Полученные результаты

Для получения воспроизводимых результатов биотестирования, выполняемых в разных лабораториях, все условия его проведения должны быть максимально стандартизированы. К ним относятся световой и температурный режимы, газообмен и состав культивационных сред. К сожалению, на практике все эти требования далеко не всегда строго выдерживаются, поскольку многие лаборатории не оснащены оборудованием для обеспечения климат-контроля при культивировании тест-организмов и проведении биотестирования. Относительно газообмена следует указать, что при выращивании автотрофных организмов (водорослей) необходимо не только обеспечить достаточное количество углекислого газа в культивационных средах, но и равное его содержание в контрольных и опытных пробах. Для гетеротрофных организмов точно такие же требования предъявляются к кислороду.

Что касается культивационных сред, то для рачковых биотестов обычно используется отстоянная водопроводная вода. Поскольку в большинстве регионов источником водоснабжения являются природные воды, состав которых значительно различается, то и тест-организмы при проведении биотестирования в этих средах могут находиться в неравных условиях. В результате взаимодействия загрязняющих веществ с компонентами природных вод токсические свойства поллютантов будут проявляться по-разному. Питательные среды, применяемые при культивировании водорослей и других тест-организмов, также могут в той или иной степени изменять биодоступность токсикантов и таким образом влиять на результаты биотестирования. В этой связи уже давно стоит вопрос о нормировании культивационных сред при биотестировании.

Причиной недостаточной воспроизводимости биотестов может быть и значительная сложность в подготовке и проведении таких анализов. При выполнении большого числа этапов токсикологического эксперимента, включающих покомпонентное внесение питательных элементов в среды, соблюдение требований стерильности и др., могут быть допущены ошибки по причине утомления персонала. Решение этой проблемы видится в упрощении самих методик и автоматизации основных процедур в биотестировании.

Важным параметром, влияющим на результаты биотестирования, является его длительность. Считается, что чем дольше тест-организм находится в контакте с анализируемой пробой, тем сильнее проявится токсическое действие содержащихся в нем поллютантов. Часто это так и происходит, однако в ряде случаев большие времена экспозиции могут не дать ожидаемого результата. Дело в том, что тест-организмы, находящиеся в пробе воды, помещенной в замкнутый и ограниченный объем, будут испытывать реальное воздействия токсикантов только в первое время. В последующем, когда большая часть токсических веществ из пробы поглотится организмами и их концентрация в воде снизится вплоть до нулевых значений, продолжение токсикологического эксперимента не приведет к усилению токсического воздействия. Для минимизации данного эффекта надо, чтобы соотношение объема анализируемой пробы к количеству вносимых в него тест-организмов было как можно большим. Тогда, благодаря большему числу молекул, доступных каждому из присутствующих в пробе организмов, токсическое действие загрязнителей будет более значительным. Следует также указать, что при длительном экспонировании могут изменяться физико-химические свойства самой пробы воды, а увеличение сроков выполнения анализа не позволяет оперативно реагировать на возникающие экологические проблемы.

В этой связи хотелось бы также высказать свои соображения относительно понятий острый и хронический опыт в биотестировании. Классически острый эксперимент предполагает установление токсического действия в короткий период времени, тогда как хроническое воздействие выявляется после длительного периода наблюдений. Такой критерий деления этих двух методических приемов подходит при работе с теми тест-объектами, у которых токсический эффект в первом случае определяется по показателю их выживаемости, а во втором - по изменению плодовитости. В это деление не укладываются водорослевые биотесты, поскольку в обоих вариантах опыта токсичность воды обычно оценивается по изменению роста численности клеток водоросли, т.е. их продукционный потенциал. Более того, высокая скорость роста некоторых видов водоросли при создании оптимальных условий позволяет уже в первые сутки получать 5 и более поколений клеток (увеличение их численности в несколько десятков раз). В этом случае существующий критерий деления токсикологических процедур, по-видимому, теряет смысл. На наш взгляд острый и хронический эксперименты в биотестировании правильнее различать не только по их длительности, но и потому в каком поколении тест-организмов выявляется токсическое действие пробы воды. Если оно обнаруживается в первом поколении, то это острая токсичность, если в последующих – то хроническая. Тогда для водорослевых биотестов острая токсичность должна выявляться не по воздействию на рост тест-культуры водоросли, а по изменению функционального состояния ее клеток, например, их фотосинтетической активности. Учитывая высокие продукционные характеристики данных тест-организмов, оба вида токсичности можно установить в течение одних - двое суток.

При биотестировании на водорослях токсичности сточных и загрязненных природных вод в ряде случаев наблюдается стимуляция их роста. Главная причина этого состоит в повышенном содержании в таких водах органических веществ, доступных для тест-организма. В результате перехода водорослевых клеток на миксотрофный тип питания, эти загрязнители повышают продукционную активность тест-организма. Для природного водоема поступление органических веществ, вызывая его эвтрофикацию, может сопровождаться таким неблагоприятным явлением, как «цветение» воды. Поэтому при обнаружении эффекта стимуляция при биотестировании воды на водорослях эти воды надо рассматривать как потенциально опасные и, следовательно, токсичные.

Заключение

Таким образом, биотестирование токсичности воды, в первую очередь позволяет оперативно сигнализировать об опасности загрязнителей, которые сбрасываются в окружающую среду, и тем самым дает возможность предупредить возникновение в ней неблагополучных экологических ситуаций. При этом проведение такого рода биологического анализа должно соответствовать целому ряду требований и условий выполнения.

Цитируемая литература
1.Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование. Учеб. пособие для вузов под ред.О.П.Мелеховой
и Е.И.Егоровой. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с.
2. Приказ МПР России от 15.06.2001 № 511 «Об утверждении Критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды»
3. Приказ Минприроды России от 04.12.2014 N 536 "Об утверждении Критериев отнесения отходов к I - V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду"
Благодарности
Не заполнено
Название, авторы, резюме (на английском языке)

QUALITY ASSESSMENT OF AQUATIC ENVIRONMENTS METHODS OF BIOTESTING: THE TASKS AND HOW TO IMPROVE THE REPRODUCIBILITY OF THE RESULTS

​Grigorev Yu.S.
Siberian Federal University

Biotesting of water toxicity allows you to quickly obtain information about the danger of pollutants in the environment. This makes it possible to prevent the occurrence in it of unfavorable environmental situations. Considered requirements to run this kind of biological analysis.