экзамен биотестирование

Типовые контрольные вопросы к экзамену (зачёту)

1. Комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды.

Комплексные наблюдения за состоянием окружающей среды (экологический мониторинг) включают в себя систематическое и многомерное анализирование различных аспектов окружающей среды, чтобы понять ее текущее состояние и тенденции изменения. Эти наблюдения могут включать изучение качества воздуха, водных ресурсов, почв, биоразнообразия, а также воздействия антропогенных факторов на экосистему.

Основные области комплексных наблюдений включают:

1.Мониторинг качества воздуха: измерение уровня загрязнения атмосферы различными химическими и физическими загрязнителями, такими как тяжелые металлы, углеводороды, аэрозоли и т.д.

2.Исследование водных экосистем: изучение качества воды, количества и качества водных ресурсов в природных водоемах и водоемах, используемых человеком.

3.Мониторинг почвенного состояния: анализ наличия загрязнителей в почве и оценка состояния почвенного покрова.

4.Оценка биоразнообразия: изучение разнообразия и здоровья экосистем, включая оценку видового разнообразия и состояния флоры и фауны.

5.Изучение воздействия человеческой деятельности: анализ воздействия промышленных процессов, транспорта, сельского хозяйства и других видов деятельности на окружающую среду.

Комплексные наблюдения важны для понимания факторов, влияющих на окружающую среду, и принятия мер для ее защиты и восстановления.

2. Этапы развития биологического мониторинга.

Развитие биологического мониторинга проходит через несколько этапов:

1.Первый этап − формирование и развитие идей и концепций биологического мониторинга. В этом этапе ученые и исследователи начинают осознавать важность использования биологических организмов в качестве индикаторов экологического состояния. В этот период разрабатываются первые методы и протоколы для проведения биологического мониторинга.

2.Второй этап − разработка и усовершенствование методов и инструментов для проведения биологического мониторинга. На этом этапе происходит разработка более точных и надежных методов для оценки состояния экосистем и определения экологических показателей. Также разрабатываются новые технологии и инструменты, позволяющие более эффективно собирать и анализировать данные.

3.Третий этап − стандартизация и нормативное регулирование. На этом этапе разрабатываются стандарты и нормативы для проведения биологического мониторинга. Это позволяет унифицировать методики и результаты и

обеспечить сравнимость данных. Также на этом этапе разрабатываются законодательные акты, которые регулируют проведение биологического мониторинга и определяют его область применения.

4.Четвертый этап ‒ интеграция биологического мониторинга в системы управления и принятия решений. На этом этапе биологический мониторинг становится неотъемлемой частью процесса принятия решений в области охраны окружающей среды. Информация, полученная в результате мониторинга, используется для определения стратегий и мер по улучшению состояния экосистем и предотвращению экологических проблем.

5.Пятый этап − постоянное совершенствование и развитие. Биологический мониторинг постоянно совершенствуется и развивается, учитывая изменения в экосистемах и проблемы, с которыми сталкиваются современные общества. Новые методы и технологии, а также новые подходы к оценке состояния экосистем, постоянно внедряются для повышения эффективности мониторинга и повышения качества данных.

3. Обоснование принципов биомониторинга.

Принципы биомониторинга основаны на следующих обоснованиях: Интегральный характер. Биомониторинг позволяет оценить воздействие различных загрязнителей на живые организмы в естественных условиях, учитывая все возможные маршруты поступления загрязнений и их накопление в биотических объектах.

Раннее предупреждение. Благодаря биомониторингу возможно выявить изменения в экосистеме и здоровье живых организмов на ранних стадиях, до того, как они станут угрозой для человека и окружающей среды.

Учет вариабельности. Биомониторинг учитывает различия в ответах живых организмов на воздействие загрязнений из-за их сезонности, возраста, пола, физиологического состояния и других факторов.

Эффективность и экономичность. Биологические образцы для биомониторинга обычно проще и дешевле собирать, чем анализировать химические пробы окружающей среды.

Связь с жизненным циклом. Биомониторинг позволяет оценить воздействие загрязнений на всем протяжении жизненного цикла живых организмов, начиная с развития в зародыше и заканчивая старением.

Таким образом, принципы биомониторинга обеспечивают более полное и надежное представление о состоянии окружающей среды и позволяют принимать более обоснованные решения в области охраны окружающей среды и здоровья человека.

4. Уровни биоиндикации.

Уровни биоиндикации ‒ это различные организационные уровни, на которых можно изучать и оценивать состояние экосистемы с помощью биоиндикаторов. В зависимости от уровня организации живых организмов,

которые используются в качестве биоиндикаторов, можно выделить следующие уровни биоиндикации:

1.Биоиндикация на уровне популяции: на этом уровне изучаются изменения в популяциях определенных видов животных, растений или микроорганизмов. Например, изменение численности, структуры возрастовой пирамиды, генетического состава и т.д.

2.Биоиндикация на уровне сообщества: на этом уровне изучаются изменения в структуре и составе сообществ различных организмов. Например, изменение биологического разнообразия, доминирующих видов, количество и распределение биомассы и т.д.

3.Биоиндикация на уровне биоценоза: на этом уровне изучаются изменения в системе взаимодействия различных организмов в экосистеме. Например, изменение пищевых цепей, сетей питания, роли организмов как хищников или жертв и т.д.

4.Биоиндикация на уровне экосистемы: на этом уровне изучаются изменения в функционировании и структуре экосистемы в целом. Например, изменение энергетического потока, циркуляции веществ, стабильности экосистемы и т.д.

Каждый уровень биоиндикации имеет свои особенности и применяется в зависимости от конкретной задачи и условий исследования.

5. Стратегия выбора биоиндикаторов и тест-организмов.

Стратегия выбора биоиндикаторов и тест-организмов включает в себя несколько шагов, которые могут помочь определить подходящие виды для мониторинга окружающей среды:

Определение целей и задач исследования: необходимо понять, какие параметры окружающей среды планируется изучать и какие уровни изменений являются критическими.

Идентификация видов, чувствительных к изменениям: проведение литературного обзора и исследование уже используемых видов биоиндикаторов в аналогичных исследованиях может помочь определить виды, реагирующие на изменения в окружающей среде.

Оценка доступности и требований к видам: учитывайте факторы доступности и практичности использования выбранных биоиндикаторов, включая доступность популяций, их легкость в разведении и поддержании, а также потребности в условиях содержания и обслуживания.

Проведение предварительных тестов: перед началом массового использования биоиндикаторов рекомендуется провести тестовые эксперименты для оценки эффективности и адаптации выбранных видов.

Анализ и интерпретация данных: важно уметь правильно интерпретировать данные, полученные при использовании биоиндикаторов, чтобы делать обоснованные выводы о состоянии окружающей среды.

Выбор биоиндикаторов и тест-организмов должен быть основан на целях и задачах исследования, обеспечивая точность и достоверность получаемых данных.

6.Требования к средствам измерений, вспомогательным устройствам, реактивам и материалам при биодиагностике.

При проведении биодиагностики необходимо уделять особое внимание качеству и надежности используемых средств измерений, вспомогательных устройств, реактивов и материалов. Некоторые общие требования к ним:

Средства измерений должны быть точными, калиброванными и соответствовать стандартам качества.

Вспомогательные устройства должны быть исправными, безопасными для использования и соответствовать требованиям безопасности.

Реактивы и материалы должны быть чистыми, лабораторного качества, и не должны содержать примесей, которые могут повлиять на результаты тестирования.

Все используемые средства должны быть храниться и использоваться в соответствии с рекомендациями производителя или лаборатории. Соблюдение указанных требований поможет обеспечить точность и надежность результатов биодиагностики.

7. Обработка результатов измерений при биотестировании.

Обработка результатов измерений при биотестировании включает в себя несколько этапов:

1.Подготовка образцов: образцы биологических материалов (кровь, ткани и т. д.) подготавливаются к измерениям согласно протоколам и методикам.

2.Измерение параметров: проводятся измерения необходимых параметров с использованием специализированного оборудования или приборов.

3.Анализ полученных данных: полученные результаты измерений анализируются с учетом установленных стандартов и нормативов.

4.Статистическая обработка данных: данные могут подвергаться статистическому анализу для определения степени значимости результатов и выявления паттернов.

5.Интерпретация результатов: полученные данные интерпретируются с учетом предыдущих шагов, сравниваются с установленными нормами и рекомендациями.

6.Подготовка отчета: на основе полученных результатов составляется отчет, содержащий информацию о проведенном биотестировании, полученных данных и их интерпретации.

Важно соблюдать все этапы обработки результатов при биотестировании для получения достоверных и точных данных, которые могут быть использованы для оценки воздействия различных факторов на живые организмы.

8. Микроорганизмы как биоиндикаторы окружающей среды.

Микроорганизмы действительно являются отличными биоиндикаторами окружающей среды, так как они чувствительны к изменениям в окружающей среде и могут отображать состояние экосистемы. Микроорганизмы, благодаря физиологическим и генетическим особенностям, быстро реагируют на изменение качества среды и действие стрессовых факторов. В связи с этим, они могут быть использованы для оценки степени и характера загрязнения окружающей среды. Их развитие и активность находятся в прямой связи с составом органических и неорганических веществ в среде, так как микроорганизмы способны разрушать соединения естественного и антропогенного происхождений.

Разнообразие и количество микроорганизмов в почве могут свидетельствовать о степени загрязнения данной окружающей среды. Поэтому изучение микроорганизмов может быть полезным инструментом для мониторинга здоровья окружающей среды и выявления проблемных зон.

9. Водоросли как тест-организмы в оценке токсичности сред.

Водоросли часто используются в качестве тест-организмов для оценки токсичности среды из-за их чувствительности к изменениям окружающей среды. Они могут быть использованы для оценки воздействия различных загрязнителей, таких как химические вещества, металлы, пестициды и другие вещества на водную среду.

Тестирование на токсичность с помощью водорослей может проводиться путем изучения их роста, выживаемости, пигментации, клеточного образования и других биологических показателей. После проведения тестов можно определить уровень токсичности среды и разрабатывать меры по ее очистке и восстановлению.

Таким образом, использование водорослей в качестве тест-организмов в оценке токсичности среды является эффективным и чувствительным методом, который помогает защитить водные экосистемы от негативного воздействия загрязнителей.

10. Особенности методов фитоиндикации.

Методы фитоиндикации ‒ это методы, которые используют растения в качестве индикаторов для оценки качества и состояния экосистемы. Особенности данных методов включают в себя следующее:

Выбор индикаторных видов растений: для проведения фитоиндикации выбирают определенные виды растений, которые чувствительны к изменениям в окружающей среде. Эти виды являются индикаторами качества почвы, воздуха, воды и других элементов экосистемы.

Использование биомаркеров: в процессе фитоиндикации можно использовать биомаркеры - химические вещества, которые накапливаются в растениях при наличии определенного загрязнителя. Такой подход позволяет более точно определить уровень загрязнения в окружающей среде.

Оценка биотических показателей: фитоиндикация также позволяет оценить биотические показатели экосистемы, такие как биоразнообразие, состав флоры и фауны, а также влияние антропогенного воздействия на них.

Мониторинг и прогнозирование: методы фитоиндикации используются для мониторинга изменений в экосистеме и для прогнозирования возможных последствий антропогенного воздействия. Это позволяет разрабатывать меры по охране окружающей среды и принимать меры по ее восстановлению.

Интегративный подход: фитоиндикация базируется на использовании различных методов и техник из области ботаники, экологии, геоинформатики и других наук. Такой интегративный подход позволяет получить комплексное представление о состоянии экосистемы.

Методы фитоиндикации играют важную роль в изучении динамики изменений в природных сообществах и помогают разрабатывать меры по их сохранению и восстановлению.

11. Методы проведения фитотестирования и определения фитоэффектов.

Фитотестирование ‒ это специальный метод оценки воздействия различных веществ на рост и развитие растений. Он используется для определения токсичности или полезности определенных веществ (например, пестицидов, удобрений, гормонов роста) на растения.

Для проведения фитотестирования и определения фитоэффектов существует несколько методов:

Тест на прорастание семян. Семена обрабатываются определенным веществом и затем высаживаются для прорастания. Оценивается скорость и процент прорастания семян.

Тест на рост растений. Растения выращиваются в контролируемых условиях (например, в гидропонике) с добавлением определенных веществ. Оценивается влияние веществ на рост растений, их массу, высоту и общее состояние.

Тест на фотосинтез. Измеряется скорость фотосинтеза у растений, обработанных определенными веществами. Оценивается влияние веществ на процесс фотосинтеза и выработку кислорода.

Тест на токсичность. Проводится для оценки токсичности определенных веществ на растения. Растения обрабатываются различными концентрациями веществ, и оценивается их выживаемость, рост и общее состояние.

Эти методы помогают исследователям и специалистам в области сельского хозяйства определить влияние различных веществ на растения и принять соответствующие меры для обеспечения их здорового роста и развития.

12. Низшие ракообразные как тест-организмы в биотестировании.

Представители низших ракообразных Daphnia magna Straus используются как тест-организм в токсикологических исследованиях уже свыше 65 лет. Пресноводные рачки Daphnia magna Straus в настоящее время считаются

наиболее чувствительными и универсальными тест-объектами, поэтому применяются при биотестировании сточных и природных вод, донных осадков, почв и промышленных отходов. С помощью дафний определяют как острую, так и хроническую токсичность контролируемых объектов.

Привлекательность рода Daphnia для определения острого и хронического токсического действия индивидуальных химических веществ и проб воды многокомпонентного химического состава вызвана следующим:

−Дафнии имеют очень широкое распространение в пресных водах и являются ключевым звеном во многих пищевых цепях;

−Вследствие прозрачности тела дафний, есть возможность визуального наблюдения за качеством и темпом их размножения, а также оценки их физиологического состояния (например, сердцебиения и наполнения кишечника);

−Дафнии имеют относительно короткий жизненный цикл, и есть возможность регулярной оценки качества народившейся молоди по ее морфологическим признакам и по выживаемости от родительского к дочерним поколениям;

−Процедура биотестирования с применением дафний не требует использования специального дорогостоящего оборудования, может производиться в обычном лабораторном помещении и в полевых условиях.

Наряду с дафниями широко используются представители рода цериодафния – Ceriodaphnia. Цикл развития вида Ceriodaphnia affinis в два 22 раза короче, чем у дафний. Эксперименты с более мелкой цериодафнией компактны: требуют меньшие объемы растворов и посуды. Однако на более крупных рачках – дафниях удобнее вести наблюдения.

Дафнии и цериодафнии используются для оценки качества пресноводных сред. Для биотестирования высокоминерализованных водных сред используют ракообразных, характерных для солоноватых вод – вид Artemia salina.

13.Оценка состояния атмосферного воздуха по содержанию пигментов в листьях.

Этот метод используется для оценки качества атмосферного воздуха на основе содержания пигментов (как хлорофилла, каротина и антоцианов) в растениях. При длительном загрязнении воздуха растения могут изменять свою пигментацию, что может служить индикатором качества воздуха. Например, диоксид серы, содержащийся в выхлопах автомобилей, вызывает покраснение листвы, что свидетельствует о его воздействии на растения. Исследования также показывают, что некоторые растения могут накапливать в листьях вещества, такие как фториды, в высоких концентрациях, что может быть связано с атмосферным загрязнением.

Таким образом, оценка состояния атмосферного воздуха по содержанию пигментов в листьях деревьев является важным методом, который позволяет

выявить воздействие атмосферных загрязнителей на растения и использовать их как индикаторы состояния окружающей среды.

14. Экспресс-оценка флуктуирующей асимметрии у растений.

Экспресс-оценка флуктуирующей асимметрии у растений − это методика, которая позволяет быстро и точно определить уровень асимметрии различных частей растений. Флуктуирующая асимметрия является показателем степени разности между левой и правой сторонами органов растений, которая может быть вызвана воздействием различных факторов, включая стрессовые условия или генетические отклонения. Для проведения экспресс-оценки флуктуирующей асимметрии у растений обычно используются методы сравнения геометрических параметров различных органов (например, листьев, цветков, плодов) на правой и левой сторонах. Точность оценки может быть повышена с использованием компьютерных программ и специализированных оборудование для измерения параметров растений.

15. Биотестирование почв на альготоксичность и фитотоксичность.

Биотестирование почв на альготоксичность и фитотоксичность представляет собой метод, позволяющий оценить уровень токсичности почвы для водных растений и водорослей.

Для проведения биотестирования почв на альготоксичность обычно используют водоросли или микроводоросли, такие как зеленые водоросли

Chlorella vulgaris или золотые водоросли Selenastrum capricornutum. Эти организмы чувствительны к различным токсичным веществам, которые могут находиться в почве, таким как пестициды, тяжелые металлы или нефтепродукты. После выращивания в пробной почве водоросли оценивают на выживаемость, рост и размножение, чтобы определить уровень токсичности почвы.

Фитотоксичность почвы оценивается с помощью тестов на рост растений, таких как семена люцерны или пшеницы. Растения выращиваются в пробной почве, а затем измеряется их рост, развитие корней и надземной части, а также содержание хлорофилла. Эти показатели помогают оценить воздействие токсичных веществ на растения и их способность к росту и развитию в данной почве.

16.Биотестирование токсичности с помощью дафний и других гидробионтов.

Биотестирование токсичности с помощью дафний и других гидробионтов является одним из способов оценки воздействия различных веществ на водные организмы. Дафнии – это мелкие водные ракообразные, которые широко используются в качестве модельного организма для оценки токсичности водных сред. Они чувствительны к различным загрязнителям, таким как тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты и другие вещества, и могут выступать в качестве индикаторов загрязнения водных экосистем. Также могут

использоваться цериодафнии, инфузории, эмбриональные стадии моллюсков, рыбы.

Для проведения биотестирования токсичности с помощью дафний и других гидробионтов обычно используются стандартизированные протоколы, включающие измерение выживаемости организмов, изменения их поведения, роста и размножения под воздействием тестируемого вещества. Результаты таких тестов позволяют оценить степень токсичности вещества и его потенциальное воздействие на водные экосистемы.

17. Биоиндикация вод методом сапробности.

Биоиндикация вод методом сапробности ‒ это метод оценки качества воды с использованием организмов-индикаторов, называемых сапрофитами. Сапрофиты ‒ это организмы, питающиеся органическими веществами, разлагающимися в сточных водах и водных экосистемах. Их присутствие и активность позволяют делать выводы о загрязнении водной среды.

При проведении биоиндикации методом сапробности берут пробы воды и определяют, какие виды сапрофитов присутствуют в ней и насколько активно они разлагают органические вещества. Чем больше разнообразие и активность сапрофитов, тем более чистая и здоровая вода. Наоборот, если сапрофитов мало или их активность низкая, это может свидетельствовать о загрязнении воды.

18. Биоиндикация токсичности вод по биотическому индексу Вудивисса.

Индекс Вудивисса (индекс ТBI). Индекс был разработан Вудивиссом для индикации воды небольшой английской реки Трент. Отсюда его название – Trent Biotic Index (TBI). Индекс используется только для исследования рек умеренного пояса и даёт оценку их состояния по пятнадцатибалльной шкале. Для оценки состояния водоёма по методу Вудивисса нужно:

1.Выяснить, какие индикаторные группы имеются в исследуемом водоёме. Поиск начинают с наиболее чувствительных к загрязнению индикаторных групп: веснянок, затем поденок, ручейников и т.д.

2.Оценить общее разнообразие бентосных организмов.

Большая ценность метода заключается в сравнительной легкости идентификации числа «групп» бентосных организмов. За «группу» принимается:

–любой вид плоских червей;

–класс малощетинковые черви (кроме рода Nаis);

–род Nais;

–любой вид моллюсков, пиявок, ракообразных, водяных клещей;

–любой вид веснянок, сетчатокрылых, жуков;

–любой род поденок, кроме Baetis rhodani;

–любое семейство ручейников и поденки Baetis rhodani;

–семейство комаров-звонцов (личинки) кроме Chironomus sp.;