Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В. и др. Прикладная экобиотехнология. Учебное пособие. В 2-х томах

Санитарно-гигиенический (локальный) мониторинг – объекты наблюдения: состояние окружающей среды, приземные слои атмосферы, поверхностные и грунтовые воды, почва, степень загрязнения природных объектов вредными веществами, их влияние на человека, животный, растительный мир, наличие в, окружающей среде изменений, вызванных конкретным видом воздействия, и т. п. Показатели этого уровня мониторинга, т. е. наличие и количественные характеристики веществ-загрязнителей в объектах внешней среды, сопоставляются с санитарно-гигиеническими нормативами (ориентировочным безопасным уровнем воздействия – ОБУВ, ПДК, ПДУ и др., см. гл. 11). Этот уровень мониторинга в настоящее время наиболее развит.

Также различают: в зависимости от компонентов окружающей среды – мониторинг геофизический, биологический, химический, климатический, воздуха, водных объектов, почвы, наземных, водных и морских экосистем и т. п.; по факторам и объектам воздействия – мониторинг загрязнений, источников загрязнения, объектов воздействия загрязнений; по масштабам воздействия – глобальный, региональный, локальный, фоновый, национальный, международный; по влиянию на здоровье – мониторинг здоровья, санитарногигиенический, санитарно-токсикологический; по способу исследований – активный и пассивный мониторинг; по объектам наблюдения, например, геоботанический, альгологический, зоологический, микробиологический, мониторинг пищевых продуктов, кормов, растительных и животных тканей; по методам наблюдений и по прочим признакам.

Вгеофизическом мониторинге особое внимание уделяется изучению переноса загрязняющих веществ из одной среды в другую, изменению метеорологических и гидрологических характеристик среды.

Главные задачи биологического мониторинга – выявление отклика биосферы на антропогенное воздействие на разных уровнях живого: молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, сообщества; изучение миграции загрязнений по пищевым цепям, их накопления различными видами и т. д.

Вбиологическом мониторинге выделяют: мониторинг за состоянием здоровья человека, за важнейшими популяциями экосистем, за наиболее чувствительными популяциями к данному воздействию, за критическими популяциями, за изменением наследственных признаков у разных популяций и др.

Пример биологического мониторинга – мониторинг природных популяций E. coli, включающий этапы: определение численности и генетический анализ представительных групп клонов из их основных экологических ниш обитания: здоровых людей, домашних животных, бытовых стоков, воды открытых водоемов, водопроводной воды; описание популяций, существующих в антропогенно измененных средах (промстоки и т. п.); идентификация клонов; определение степени их генетической изменчивости по экологическим, генетическим, фенетическим признакам; сопоставление изменений с физико-химическими параметрами среды, с привлечением статистических и других методов обработки данных.

Мониторинг загрязняющих веществ может включать: мониторинг приземного или верхних слоев атмосферы, мониторинг атмосферных осадков, поверхностных вод, литосферы (в первую очередь, почвы) и др.

202 Глава 10

Экологический мониторинг в зависимости от уровня организации может осуществляться в глобальном, национальном, региональном или локальном масштабах. В экологическом мониторинге выделяются:

мониторинг эмиссий,

импактный мониторинг,

мониторинг природных сред и экосистем.

Мониторинг эмиссий или мониторинг источников выделения в окружающую среду загрязняющих веществ и/или других факторов воздействия (электромагнитные излучения, шум и т. д.) – это наблюдение определенного источника или вида деятельности.

Импактный мониторинг – это наблюдение за воздействиями на природные ресурсы, биологические объекты и экосистемы от определенного источника эмиссий, а также наблюдение за происходящими в этих объектах изменениями в результате такого воздействия.

Мониторинг природных сред и экосистем (мониторинг фона и антропогенного воздействия) – это наблюдения, не связанные с конкретными источниками эмиссий или видов деятельности. Наблюдение осуществляется как за изменениями под влиянием антропогенного воздействия, так и за фоновыми, природными, что необходимо для оценки антропогенной составляющей наблюдаемых изменений. Фоновые измерения проводятся вне зоны влияния промышленных объектов и учитывают природные циклы миграции веществ, популяций организмов и экологические процессы. Как правило, антропогенные воздействия накладываются на естественные изменения и разделить их не всегда удается.

Важнейшей задачей экологического мониторинга является оценка пределов допустимой нагрузки на экосистему, которая основана на экологически обоснованном нормировании антропогенных нагрузок на природную среду (см. разд. 11.1). При этом решение проблемы регулирования и управления качеством природной среды опирается на экологическое прогнозирование и требует построения соответствующих математических моделей. В моделировании и прогнозировании часто используют небольшой набор переменных и факторов, которые выбираются исходя из представлений о слабом звене экосистемы, наиболее чувствительном и изменчивом при тех или иных воздействиях. Например, слабыми звеньями на геосистемном уровне могут быть зоны вторичного накопления загрязняющих веществ (химические, термодинамические, физико-химические и другие ландшафтно-геохимические барьеры), на популяционном уровне – ви- ды-биоиндикаторы, на организменном уровне – критические органы. Поэтому правильный выбор показателей и характеристик для измерения, индексов и критериев оценки, отвечающих на вопрос, каково состояние природной среды, является важнейшим элементом мониторинга и принятия решений.

Центральным блоком системы мониторинга загрязнений является информа- ционно-измерительный, включающий мониторинг источников эмиссий, т. е. результаты измерения параметров выбросов или сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду от известных источников эмиссии, и мониторинг загрязнения природных сред на основе существующей измерительной сети. Такая сеть может включать систему стационарных и временных станций с точечными системати-

ческими измерениями и данные площадных съемок с самолетов и спутников, систему сбора, сортировки и накопления результатов измерения и моделирования. По результатам измерений и наблюдений с помощью математических моделей строится информационный портрет загрязнения природных сред – поле концентраций загрязняющих веществ, нанесенное в графической форме на карту местности.

Обобщение данных мониторинга и представление их в форме карт, таблиц, графиков, аналитических зависимостей, информационных баз данных лежит в основе мониторинговых геоинформационных систем (ГИС), которые могут быть локального, регионального и глобального масштабов. ГИС могут включать показатели экологические, биологические, хозяйственные, здоровья населения, качества среды обитания, экономические и др. Работы над глобальными ГИС ведутся в рамках крупных международных программ и входят составным элементом в системы мониторинга, действующие в различных странах (в России – в Единую государственную систему экологического мониторинга). Такие системы мониторинга иерархические, включают несколько уровней и взаимосвязанные подсистемы измерений, контроля, информационного обеспечения, принятия решений.

Получение достоверной информации для экологического контроля, оценки состояния экосистемы и построения прогноза зависит от надежности и эффективности применяемых методов измерения параметров, знания закономерностей изменений, наличия соответствующих моделей и возможностей численного расчета.

Важными элементами эколого-аналитического контроля являются разработка единой методики отбора, консервации, хранения и подготовки к анализу и анализа проб, осуществление контроля за точностью данных. Необходимо учитывать возможность загрязнения проб в процессе их отбора, особенно если количества загрязняющих веществ очень малы. Важны выбор мест, сроки и условия хранения образцов. Аттестованные на государственном уровне и стандартизированные методики отбора проб и их анализа используются в целях государственного контроля, при проведении официальных актов аналитического контроля. В России природопользователям разрешено использовать не только жестко регламентированные официально утвержденные методики, но и другие, сложные, уникальные методики, если обеспечивается надежность результатов анализа и их реализация в условиях государственной контрольной службы пока невозможна. Такие методики могут быть аттестованы на уровне предприятий или их групп. Госконтрольные службы должны лишь периодически оценивать качество результатов анализа по данным методикам.

При проведении экологического мониторинга большое значение имеют используемые методы аналитической химии, поскольку химическое загрязнение – один из основных факторов неблагоприятного воздействия на природу. При этом наиболее рациональный выбор методов качественного и количественного анализа загрязняющих веществ затруднен многокомпонентностью объектов окружающей среды и большим разнообразием загрязняющих веществ (по некоторым данным, до 400 тыс. наименований). ПДК большинства нор-

мируемых веществ для воздуха находятся в пределах 0,005–0,1 мг/м3, для ряда веществ: ртуть, свинец, бенз(а)пирен еще ниже, соответственно 0,0003 мг/м3, 0,0007 мг/м3 и 0,000001 мг/м3, поэтому для контроля за содержанием загрязняющих веществ необходимо использовать информативные и высокочувствительные методы анализа. Принципиально важно, чтобы предел обнаружения аналитическими методами был не ниже 0,5 значения ПДК. В решении этой проблемы велика роль инструментальных методов аналитической химии: спектроскопических, электрохимических, хроматографических (в том числе массспектрометрии), а также энзимологических.

Информация о химической характеристике качества окружающей среды безусловно очень важна. Однако имеющиеся аналитические методы не могут охватить разнообразия загрязняющих веществ, не дают они и прямой информации о воздействии химических загрязнений на биоту, особенно если их биодоступность ограничена, не могут выявить последствия комплексного воздействия веществ, загрязняющих природные среды, дать интегральную оценку состояния биоценозов, фитопопуляций, на которые воздействует комплекс техногенных факторов, прогнозировать последствия их воздействия на живые организмы. Кроме того, на практике определение параметров загрязнения окружающей среды часто проводится в условиях дефицита времени или в точках, когда дорогостоящее и сложное лабораторное оборудование недоступно. Помимо этого, массовый характер анализов при мониторинге вызывает и экономическую проблему, так как химический анализ пробы в большинстве случаев является дорогостоящим. Поэтому в дополнение к химическим все более широко применяются биологические методы тестирования и биоиндикации, которые во многих случаях позволяют получить совокупную (интегральную) оценку качества среды: воды, почвы, воздуха, различных материалов и продуктов. С помощью биоиндикаторов можно отразить и выявить скорость происходящих в природной среде и тенденции изменений, пути миграции и трансформации загрязнений. Во многих странах уже действуют более 40 стандартов на проведение биотестирования. В ряде стран биотестирование стало обязательным элементом системы экологического контроля и мониторинга. В России пока еще небольшое число методов биотестирования также включено в число нормативных, в частности, при определении токсичности и оценке качества вод.

10.2. Биотестирование и биоиндикация

Тест-методы – это экспрессные, простые и дешевые приемы обнаружения и определения вещества на месте (on site). Они, как правило, не требуют сложных приемов подготовки пробы к анализу (например, разделения и концентрирования). При их использовании резко сокращается и во многих случаях отпадает необходимость в дорогостоящем и сложном лабораторном оборудовании и лабораторном помещении. Естественно, при этом уменьшается потребность и в высококвалифицированных специалистах.

Тест-методы часто лежат в основе методологии скрининга (просеивания) результатов анализа большого числа образцов, полученных с помощью методов качественного и полуколичественного анализа с использованием химических, биохимических и биологических реакций.

10.2.1. Химические тест-методы

Общий принцип большей части химических тест-методов заключается в использовании реакций с так называемыми хромогенными (цветообразующими) реагентами. Реакции проводят в таких условиях, чтобы можно было визуально зафиксировать их результат. Этим результатом могут быть интенсивность окрашивания, цвет бумажной полоски или длина окрашенной части индикаторной трубки. Большинство используемых тест-методов служат измерительным средством однократного применения.

Большое распространение получили индикаторные трубки для измерения концентрации вредных и взрывоопасных веществ в воздухе рабочей зоны. Индикаторная трубка – это стеклянная трубка, заполненная твердым носителем. На пористую поверхность носителя наносят хромогенные реагенты. В качестве носителей применяют порошкообразные материалы: силикагель, фарфор, стекло. Используют и химически модифицированные носители. Определение токсичных веществ (200 наименований органических и неорганических веществ) основано на измерении длины изменившего первоначальную окраску слоя индикаторного порошка после пропускания через него определенного объема воздуха, которая пропорциональна его концентрации. Этот способ получил название линейно-колористического метода.

Индикаторные трубки, содержащие закрепленные на носителе комплексообразующие реагенты, являются удобными линейно-колористическими тестметодами для определения ионов тяжелых металлов. При содержании в пробе смеси веществ с близкими химическими свойствами определение проводят после их десорбции методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Химические тест-методы могут быть реализованы и в виде полосок из бумаги или полимерного материала. Так, хлорорганические пестициды ДДТ, альдрин, хлордан, эндосульфан в овощах можно обнаруживать по появлению окрашенных пятен на индикаторной бумаге, пропитанной раствором о-толуидина в ацетоне, после ее контакта с влажным срезом растения. Таким же образом можно определять содержание нитратов в овощах, естественно, при использовании другого состава индикаторной бумаги.

Экспресс-тестирование наркотических веществ проводится с использованием хромогенных реакций в пробирках, на фильтровальной бумаге, специальных пластинках или полосках (стрипах), тест-ампулах промышленного изготовления.

Находят применение и полифункциональные полоски, содержащие комбинации индикаторных составов, позволяющие одновременно исследовать биоматериал (кровь, моча) на кетоны, белок, глюкозу, pH и др.

В настоящее время наблюдается стремительный рост использования так называемых полевых аналитических технологий: химических сенсоров, биосенсоров и тест-методов.

10.2.2. Методы биотестирования и биоиндикации

Биотестирование – это метод исследования, при котором о качестве среды, факторах, действующих на состояние окружающей среды, судят по выживаемости и (или) продуктивности, физиолого-биохимическим или поведенческим показателям специально помещенных в эту среду организмов – тест-объектов.

Проведение биотестирования позволяет получить дополнительную информацию об индикаторной значимости организмов, учитывать их адаптацию к действующим загрязняющим веществам в тех или иных условиях.

При биоиндикации для этих же целей используют организмы, обитающие в исследуемой среде.

Биоиндикация – это индикация абиотических и биотических факторов биогеоценоза с помощью биологических систем. При биоиндикации выявляются биологические виды с измененной физиологической нормой.

Биоиндикаторами называются организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых и наблюдаемые изменения тесно коррелируют с определенными факторами среды и которые могут применяться для их оценки.

Биотестирование и биоиндикация могут проводиться на разных уровнях организации живых организмов: на молекулярном, клеточном, организменном, популяционном и биоценотическом.

При биоиндикации может учитываться разный уровень реакций ответа биосистем на антропогенные воздействия:

биохимические и физиологические реакции на вредные факторы (молекулярный, клеточный, организменный уровень);

морфологические, биоритмические отклонения (клеточный, организменный уровень);

фаунистические и хорологические (размещение ареалов обитания) изменения (организменный и популяционный уровень);

изменение биоценозов.

Эколого-токсикологические исследования, основанные на определенной системе биологического тестирования, проводятся для решения таких задач, как:

установление концентрации исследуемого фактора, при которой в острых опытах (24–72 ч) отмечается достоверная гибель (ЛД50) специально подобранных тест-культур;

установление концентрации исследуемого вещества, при которой в хроническом эксперименте наблюдается выраженный эффект подавления воспроизводительных функций организмов в ряду поколений (проводится на тест-культурах с коротким жизненным циклом); выявление существенных нарушений поведения организмов при дей-

ствии испытываемых веществ, мешающих основным их функциям (питание, размножение).

Одной из главных задач эколого-токсикологического скрининга является оценка возможного действия вещества на основные компоненты экосистем с учетом их уязвимости и устойчивости к токсикантам, что определяется при биоиндикации.

Повышение уровня организации живой природы при биоиндикации может приводить к усложнению, неоднозначности биологического отклика на антропогенные факторы, поскольку на воздействие антропогенных факторов может накладываться и воздействие природных факторов. Поэтому в качестве тестобъектов выбираются организмы, наиболее чувствительные к исследуемым техногенным факторам.

В зависимости от времени развития биоиндикационных реакций выделяются различные типы чувствительности тест-организмов:

I тип – биоиндикатор проявляет быструю реакцию, продолжающуюся некоторое время, после чего перестает реагировать на загрязнение;

II тип – биоиндикатор в течение длительного времени линейно реагирует на воздействие возрастающей концентрации загрязнения;

III тип – после быстрой сильной реакции наблюдается ее затухание, сначала резкое, затем постепенное;

IV тип – под влиянием загрязнения реакция биоиндикатора постепенно становится все более интенсивной, но при достижении максимума, постепенно затухает;

V тип – реакция и типы неоднократно повторяются, возникает осцилляция биоиндикаторных параметров.

Различают биоиндикацию: пассивную и активную, неспецифическую и специфическую, прямую и косвенную.

При пассивной биоиндикации у свободно живущих организмов исследуются видимые или заметные изменения или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. При активной – анализируют те же самые воздействия на тест-организмы, находящиеся в стандартных условиях на исследуемой территории.

Неспецифический биоиндикатор реагирует одинаково на различные антропогенные факторы; при специфический биоиндикации те или иные изменения можно связать только с одним фактором.

При прямой биоиндикации фактор среды действует непосредственно на биологический элемент; при косвенной – наблюдаемые изменения у биоиндикатора происходят под влиянием других непосредственно затронутых элементов.

Чувствительные биоиндикаторы реагируют значительным отклонением текущего состояния от нормы. У аккумулятивных биоиндикаторов результаты воздействий проявляются постепенно, без быстро проявляющихся нарушений. Пример последних – накопление тяжелых металлов растениями-аккумуляторами, двустворчатыми моллюсками и т. п.

В качестве объектов для биотестирования используются разнообразные организмы. Каждый из них может иметь специфические преимущества, однако ни один не может быть универсальным объектом, чувствительным ко всем веществам в равной степени. Общие требования к тест-объектам – относительная

быстрота проведения биотеста и получение достаточно точных и воспроизводимых результатов. При биотестировании в лабораторных условиях тест-объекты должны легко культивироваться, быть генетически однородными по отношению

кизучаемому фактору воздействия, иметь невысокую способность к адаптации

кнеблагоприятным факторам, при этом необходимо использовать стандартизированные лабораторные методики, питательные среды, учитывать возраст и жизненный цикл развития тест-объектов. В соответствии с требованиями нормативных документов, биотестирование проводится на базе аттестованных лабораторий, обладающих необходимым набором поверенных приборов, реактивов и квалифицированным персоналом.

Различают:

1)острые биотесты (acute tests), выполняемые на различных тест-объектах по показателям выживаемости, длятся от нескольких минут до 24–96 ч;

2)краткосрочные хронические тесты (short-term chronic tests) с длительностью 7 сут, которые заканчиваются, как правило, после получения первого поколения тест-объектов;

3)хронические тесты (chronic tests). Измеряются характеристики тестобъектов, охватывающие несколько поколений. Хроническая токсичность среды проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов, плодовитости, продуктивности, хода развития и возникновения патологических состояний (токсикозов), уродств (мутаций)

в потомстве, сокращения продолжительности жизни. Наиболее распространенные биологические тест-объекты:

1.Микроорганизмы, вирусы (энтеробактерии, сальмонеллы, псевдомонады, дрожжи и др).

2.Водоросли.

3.Простейшие и низшие животные (планктонные рачки).

4.Клеточные культуры и ранние зародыши экспериментальных животных при культивировании in vitro.

5.Растения.

6.Насекомые и другие группы беспозвоночных.

7.Кольчатые черви.

8.Позвоночные животные (рыбы и др.).

9.Гнотобиотические системы и микрокосмы.

Микроорганизмы широко используются в различных методах тестирования. Так, использование и исследование микрофлоры, сопутствующей загрязнению природных сред определенными веществами, позволяет повысить чувствительность традиционных методов. Среди биоты микроорганизмы во многих случаях являются оптимальным индикатором, учитывая их повсеместное распространение, высокую численность, большой вклад в процессы обмена веществ, энергии биоценозов, а также быструю смену поколений. Общепринято, например, в качестве санитарно-показательного организма использовать кишечную палочку (см. разд. 1.1.2), энтерококки, энтеровирусы, бактериофаги. В целях оценки влияния загрязнений на окружающую среду количественно учитывают и анализируют природную микробную систему, распределение микроорганизмов по

таксономическим и физиологическим группам (численность бактерий и грибов, аэробных и анаэробных, споровых и неспоровых форм, азотфиксаторов, серобактерий, растительных симбионтов и др.), их устойчивость к загрязнениям (устойчивость к загрязнению микроорганизмов, выделенных из среды с данным загрязнением, выше, чем из незагрязненных), ростовые характеристики, дыхательную активность, скорость выделения CO2, подвижность, дегидрогеназную, нитрифицирующую, фосфатазную, протеолитическую, целлюлолитическую активности, восстановление оксидов Fe(III) и т. п.

Например, массовое развитие спорообразующих бактерий Bacillus mesentericus или B. subtilis указывает на перегрузку почвы органическими соединениями. По численности азотобактера можно судить о наличии в почве синтетических органических соединений. Исследование нефтеокисляющей микрофлоры позволяет обнаружить загрязнение нефтью в количестве 10–4–10–5 мл нефти/л, которое не обнаруживается современными химическими методами индикации нефтяного загрязнения (см. разд. 7.5). Для биомониторинга сточных вод производства антибиотиков и других медицинских препаратов используют микроорганизмы, чувствительные к индивидуальным компонентам стоков в концентрациях ниже установленной ПДК. Некоторые аэробные и облигатные анаэробные микроорганизмы весьма чувствительны к пестицидам. Изменение структуры сообщества микроорганизмов, обеднение видового состава могут быть вызваны присутствием в среде неспецифических токсических агентов: тяжелых металлов.

Разработаны чувствительные тест-системы, позволяющие судить о содержании загрязнений в анализируемой пробе по биолюминесцентной реакции с использованием светящихся бактерий Photobacterium phosphoreum, Vibrio fischeri, Benekea harvey, по ингибированию роста (с использованием бактерий Bacillus subtilis, Pseudomonas putida и др.), дегидрогеназной активности (бактерии

Azotobacter agile, Pseudomonas fluorescens, дрожжи Saccharomyces cerevisiae и др.). Цианобактерии Anacystis nidulans (Synechococcus elongatus) используются как тест-объекты при контроле содержания тяжелых металлов. Наиболее чувствительные тест-параметры для цианобактерий – содержание хлорофилла и фотосинтетическая активность.

Данные, полученные при испытании токсичности веществ на водорослях, дают информацию о концентрациях токсикантов, оказывающих стимулирующее или тормозящее действие на водные системы. Водоросли технически довольно легко выращивать в больших количествах в регулируемых условиях в аквариумах. Наиболее известный пример водорослей как индикаторов загрязнения – «цветение» водоемов, т. е. бурный рост цианобактерий и микроводорослей, как показатель эвтрофикации.

В лабораторных условиях наиболее часто в качестве биоиндикаторов используют микроводоросли Chlorella vulgaris, Scenedesmus quadricauda, Scenedesmus subspicatus, Selenastrum capricornutum (биотестирование воды пресных водоемов, тест на острую и хроническую токсичность по ингибированию прироста биомассы и изменению фотосинтетической активности), Pseudokirchneriella subcapitata (тест на хроническую токсичность по ингибированию роста водоросли), Dunaliella maritima (галотолерантная микроводоросль, биотестирование морских

вод по соотношению подвижных и неподвижных клеток). Преимущества микроводорослей – короткий жизненный цикл, что важно для экспресс-анализа загрязнения, возможность проводить оценку по таким показателям, как динамика роста, плотность заселения, физиологические и морфологические изменения (фотосинтетическая и дыхательная активности, содержание хлорофилла, изменение цвета, пигментация, окраска клеток красителями и микроскопирование, нарушение споруляции клеток, летальность и др.). В приложении 2 приведено описание методики определения токсичности воды с использованием зеленых протококковых водорослей Scenedesmus quadricauda, принятой в России для целей государственного экологического контроля.

Из пресноводных макроводорослей биоиндикаторами часто служат диатомовые водоросли (Phaeodactylum tricornutum, Skeletonema costatum и др.), качественный и количественный состав которых тесно связан с химическим составом воды, ее pH. Останки диатомовых водорослей хорошо сохраняются в слоях донных отложений, что позволяет реконструировать условия их обитания и прогнозировать долговременные тенденции изменения условий среды.

Харовые водоросли весьма чувствительны к повышенным концентрациям биогенных элементов, особенно фосфора. При развитии эвтрофикации они исчезают в первую очередь. Напротив, усиленный рост нитчатых водорослей (Spirogyra, Cladophora) – один из характерных признаков антропогенного эвтрофирования водоемов.

Зеленые водоросли Ulva fenestrata, Ulva rigida и бурые водоросли из семейств Fucaceae, Cystoseiraceae и Sargassaceae служат индикаторами органических загрязнений при биотестировании морских вод. Бурая водоросль Cystoseira crinita часто используется для биотестирования тяжелых металлов. Она, как и другие бурые водоросли, содержит много альгиновых кислот, которые образуют нерастворимые в воде альгинаты тяжелых металлов, длительное время остающиеся в связанном виде. Имея многолетний цикл развития, бурые водоросли отражают длительные изменения антропогенных воздействий на водную среду. Изучение химического состава разновозрастных цистозир позволяет проследить поступление тяжелых металлов в воду по годам, вплоть до 10–20-летней давности, сделать экологический прогноз и предложить необходимые природоохранные меры.

При лабораторном биотестировании с использованием макроводорослей определяют темновое дыхание и фотосинтетическую активность. Разработана система тестов, фиксирующих изменения скорости движения протоплазмы, которая у многих клеток способна совершать круговые движения (циклозис). Реакция замедления или остановки протоплазмы лучше всего заметна на харовых водорослях (Charophyta), имеющих удлиненные клетки.

Рапространенной моделью для изучения биологических эффектов различных физических и химических факторов, ксенобиотиков является фотосинтетический жгутиконосец Euglena gracilis. У эвглены наиболее чувствительны к ксенобиотикам хлоропласты, которые элиминируются из клеток при действии токсикантов. Клетки, потерявшие хлоропласты, неспособны осуществлять фотосинтез, не образуют зеленые колонии на твердой питательной среде, однако растут на среде с органическим источником углерода и энергии, поскольку, в