Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биологический контроль качества окружающей среды. Монография
.pdf
11
компонента при выщелачивании образцов твердых сред – варьируют от
1:2 до 1:5) и т. д.
Определённую проблему при проведении работ по
биотестированию в целях производственного и государственного
контроля экотоксичности в разных сферах представляет в нашей стране
и недостаток инструментальных методов, подобных Toxkits – биотестсистемам, разработанным в Бельгии, дефицит методической
информации, коллекций тест-культур, отсутствие подготовленных
специалистов.
Частично восполнить некоторые из указанных организационных
недостатков, помимо организации производства оборудования,
необходимого для биотест-лабораторий могут учебно-методические
семинары, мастер-классы специалистов, стажировки в лабораториях
биотестирования, программы дополнительного образования
университетов.
Методы биотестирования и биоиндикации позволяют
диагностировать состояние экосистемы по откликам на стрессовое
воздействие извне отдельных компонентов биоты. Экологическая
диагностика на уровне биотестирования и биомониторинга дает
интегральную адекватную оценку качества среды обитания любой
биологической популяции, включая человека.
Биотесты могут быть рекомендованы для непрерывного экспрессконтроля состояния окружающей среды промышленных районов и
природно-хозяйственных комплексов, контроля залповых вредных
выбросов предприятий, для оценки эффективности применяемых
методов детоксикации окружающей среды и работы очистных
сооружений, а так же экологической паспортизации предприятий и
отдельных районов.
12
На современном этапе обращает на себя внимание бурное развитие
методов биомониторинга как единственного подхода адекватной оценки
состояния биологических и экологических систем. В связи с этим
разработка, совершенствование и внедрение методов биомониторинга в
сеть контроля окружающей среды, как отдельных ведомств, так и
конкретных АЭС является актуальной задачей.
Современный биомониторинг насчитывает несколько определений
понятию «биотестирование». Биотестирование представляет собой
методический прием, основанный на оценке действия фактора среды, в
том числе токсического, на организм, его отдельную функцию или
систему организмов.
Согласно Морозовой (2001) биотестирование – это метод
моделирования последствий воздействия фактора, обладающего
общебиологическим действием на живое.
Главная задача, решаемая биотестированием – это получение
быстрого ответа – есть или отсутствует токсичность. Евгеньев (1999) под
биотестированием понимает приемы исследования, при котором о
качестве среды, факторах, действующих самостоятельно или в сочетании
с другими, судят по выживаемости, состоянию и поведению специально
помещенных в эту среду организмов – тест-объектов. Тест-объекты
должны отвечать следующим требованиям:
высокая чувствительность к воздействиям даже малых доз
мутагена;
быстрота и экономичность методов тестирования;
воспроизводимость (возможность получения аналогичных
результатов на этой же тест-системе);
чувствительность не только к мутагенам, но и к их
метаболитам;
13
возможность экстраполировать данные, полученные при
исследованиях in vitro на условия in vivo.
Биотестирование не отменяет систему аналитических и
аппаратурных методов контроля природной среды, а лишь дополняет ее
качественно новыми биологическими показателями, так как с
экологической точки зрения сами по себе результаты определения
концентрации токсикантов имеют относительную ценность.
По словам Егоровой (2002) кумулятивный эффект всего
многообразия сочетаний различных воздействий возможно оценить
лишь с помощью биотестирования.
И.Н. Тарасенко (1999) рассматривает биотестирование как
введение в более тщательный и всесторонний анализ химического
состава воды. Вопросам биотестирования загрязненности воды
поллютантами посвящены многие работы.
По мнению Оливернусовой (1991), использование биологических
тест-систем позволяет определить изменения в экосистемах на очень
ранней стадии, когда они еще не проявляются в виде морфологических и
структурных изменений и их нельзя выявить другими методами. Это дает
возможность предвидеть нарушения экосистемы и вовремя принять
меры. Кроме того, состояние биоиндикаторов можно использовать как
дополнительную информацию при оценке здоровья населения.
Несмотря на некоторые недостатки биотестирования (трудностью
учета адаптационно-приспособительных изменений тест-организмов;
фазностью и сезонностью их реагирования, вызванной стимуляцией
физиологических функций под воздействием малых концентраций
загрязняющих веществ и их угнетением под воздействием больших
концентраций; различием метаболизма водных растений и животных и
др.). Перспективность контроля антропогенного загрязнения природных
14
вод с помощью биотестов обоснована многочисленными
исследованиями, и в Российской Федерации с 1991 г. оно стало
обязательным элементом экологического мониторинга.
К настоящему времени проведены достаточно обширные
исследования с применением методов биотестирования, в том числе и в
Ставропольском крае.
Кроме того, методы биотестирования нашли свое отражение в
таких нормативных документах, как РД 118-02-90; РД 52.18.344-93; ПНД
Ф Т 14.1:2:3:4.4-99; СП 2.1.7.1386-03 и др.).
В 15 субъектах продолжался эксперимент, направленный на
внедрение методов биотестирования в области оценки качества
возвратных вод и определения платы за сброс с учетом суммарной
токсичности загрязняющих веществ. На основе результатов
эксперимента подготовлена «Инструкция по расчету платы за сброс в
водные объекты загрязняющих веществ с учетом их суммарной
токсичности», которая направлена на рассмотрение в Минфин России и
Минэкономики России.
Биоиндикация – родственный биотестированию прием,
использующий для этих же целей организмы, обитающие в исследуемой
среде. При выборе таких организмов приходится соблюдать
определенные требования, среди которых возможность фиксировать
четкий, воспроизводимый и объективный отклик на воздействие
внешних факторов, чувствительность этого отклика на малые
содержания загрязнителей и др..
Известен пример биотестирования, основанный на использовании
канареек для индикации появления рудничного газа в горных выработках
горняками в средние века. Поведение птицы или ее гибель оповещали
шахтеров о грозящей им опасности.
15
Биоиндикацию можно проводить на уровне молекул, клеток,
органов (систем органов), организмов, популяций и даже биоценоза.
Повышение уровня организации живой природы может приводить к
усложнению, неоднозначности взаимосвязи биологического отклика с
антропогенными факторами исследуемой среды, поскольку на них могут
накладываться и природные факторы. Поэтому в качестве биотестов
выбирают наиболее чувствительные к исследуемым загрязнителям
организмы.
Использование биохимических реакций (молекулярный уровень
индикации) связано с тем, что они наиболее чувствительны к
воздействию внешних загрязнителей. В присутствии загрязнителей
окружающей среды, например, происходит уменьшение содержания
хлорофилла в мембранах хлоропластов растений или понижается
способность фитопланктона к продуцированию кислорода в процессе
фотосинтеза.
Это может служить индикаторным признаком воздействия на
живую природу газопылевых выбросов предприятий или токсичных
компонентов сточных вод.
При проведении биологического тестирования на уровне
организмов выбор биологических переменных предполагает, что отклик
должен коррелировать с изменениями на экосистемном уровне. Выявить
такую зависимость на практике достаточно сложно. Однако такие
показатели организмов, как рост особей, их продуктивность,
выживаемость, состояние органов дыхания, состава крови и плазмы,
удается использовать для биологического тестирования состояния среды.
Чувствительность отклика биотестов на содержание биологически
активных веществ в испытуемой среде можно проиллюстрировать на
примерах.
16
Многие организмы способны аккумулировать (накапливать)
химические загрязнители выше их естественного содержания в воде и
почве без быстро проявляющихся нарушений. Такая способность тесторганизмов оказалась полезной в качестве индикаторного признака
загрязнения окружающей среды и используется для аккумулятивной
биоиндикации. Этот прием биотестирования применяют при
исследовании процессов миграции токсичных веществ в окружающей
среде. В качестве тест-организмов выбирают те из них, которые имеют
высокий коэффициент биологического накопления (КН) токсикантов из
окружающей среды. Фитопланктон, например, имеет значение КН по
тяжелым металлам от 102 до 104. Величина КН зависит от природных
факторов.
Бензпирен в гидробиоте Берингова моря накапливается с КН,
равным 2,9 " 103, а в теплых водах Средиземного моря накопление
возрастает в пять раз. Знание КН оказалось удобным для глобального и
регионального мониторинга окружающей среды. Для оценки загрязнения
природных вод кадмием можно использовать результаты анализа его
содержания в водорослях, полихлорированными бифенилами, Мирового
океана – в жировых тканях морских млекопитающих, никелем,
Средиземного моря – в устрицах. Содержание ртути в почвах региона
удобно отследить по накоплению токсиканта в капусте, галогенидов – по
иглам сосны, лишайникам. Наконец, лучший индикатор загрязнения
автострад свинцом и кадмием – подорожник, растущий вдоль них.
Перечисленные методы не исчерпывают области применения
биотестов для оценки загрязнения биосферы и прогноза влияния
загрязнителей на живую природу. Несмотря на сложность выявления
биологического отклика на воздействие внешних факторов,
17
озабоченность состоянием экологии, очевидно, будет стимулировать
дальнейшее развитие этих биоаналитических методов.
Итак, несмотря на большое количество физико-химических
методов диагностики состояния окружающей среды вопрос об
использовании методов биотестирования остается открытым и требует
детального рассмотрения вопросов применения конкретных тест-систем
к конкретным случаям.
Таким образом, различные методы биоиндикации и
биотестирования, нашедшие практическое приложение в городах самых
разных природных зон, выступают необходимым дополнением
инструментальному контролю загрязнения и способствуют выявлению
зон экологического неблагополучия городской территории.
Известно, что основой биоиндикации является теснейшая
взаимосвязь и взаимообусловленность всех явлении природы. Она
представляет собой частный случай приложения идей В.В. Докучаева о
связи всех элементов условий среды к решению практических задач. В.В.
Докучаевым было развито представление о почве, как об особом
естественно-историческом образовании. По его определению, «почвой
следует называть дневные или наружные горизонты горных пород,
естественно измененные совместным влиянием воды, воздуха и
различного рода организмов». Особенно четко проявляются
взаимообусловленные связи почвенного и растительного покрова.
В.В. Докучаевым был сформулирован «закон постоянства
взаимоотношений между почвой и обитающими на ней растительными
организмами, как во времени, так и в пространстве».
В связи с этим одним из первых направлений в биоиндикации была
индикационная геоботаника. Предметом изучения индикационной
геоботаники, получившей широкое развитие в биоиндикации – стало
18
использование популяций, отдельных видов, групп видов и
растительных сообществ в целях индикации экологических условий.
Это связано с тем, что растительность является ведущим и наиболее
физиономичным компонентом биогеоценозов, характеризующимся
тесными связями с абиотическими факторами. Ареал вида шире области
распространения сообщества, и вид обладает более широкой
экологической амплитудой, по сравнению с сообществом. Растительные
сообщества длительно развиваются и формируются в определенных
экологических условиях, и они являются их более точными и
информативными индикаторами, по сравнению с отдельными видами.
Эврибионтные виды могут существовать при широкой, а стенобионтные
– узкой амплитуде факторов. В связи с этим индикационные способности
у стенобионтных видов выше, чем у эврибионтов.
Развитие биоиндикации можно разбить на несколько этапов. На
первом этапе развития биоиндикации преобладало использование живых
объектов как индикаторов, в значительной мере, естественных
компонентов биогеоценозов.
Широко используются растительные индикаторы при изучении
сельскохозяйственных угодий, оценке богатства, засоления, увлажнения,
механического состава почв, стадий пастбищной дигрессии.
На втором этапе, с ухудшением экологических условий
окружающей среды и возникновением проблем ее охраны все большее
значение приобретают биоиндикационные исследования антропогенных
загрязнений воды, воздуха, почвы, растительного покрова, животного
населения.
Примерно с 1970 г. количество работ по биологическому контролю
состояния окружающей среды и экосистем резко и неуклонно
увеличивается. Возрастающее внимание к проблеме охраны природы
19
обусловило необходимость проведения взаимосогласованных
мероприятий по проблеме биоиндикации. В большинстве стран они
осуществляются преимущественно по линии национальных академий
наук и программ ООН (ЮНЭП, ФАО и др.). Плодотворным было
сотрудничество экологов стран СЭВ в рамках «Экологической
кооперации» в особенности по вопросам биотестирования качества вод.
В настоящее время успешно развивается сотрудничество по линии
Международных союзов экологов, охраны природы и особенно
биологических наук.
Основные принципы программы:
- стандартизация методов исследования;
- решение региональных и национальных проблем,
- создание школ специалистов по биоиндикации,
-расширение биоиндикаторных исследований в мониторинге
окружающей среды.
Программа «Биоиндикаторы» подразделяет биологические
системы, применение которых возможно для выявления вредных
антропогенных веществ на шесть подгрупп в соответствии с шестью
дисциплинами. Это микробиология, зоология, ботаника, клеточная
биология и генетика, сравнительная физиология, гидробиология. Так в
подгруппе ботаника для обнаружения специфических загрязнений
воздушного бассейна и для слежения за динамикой этого затруднения
возможно применение чувствительных видов растений. К их числу
относятся низшие растения, лишайники, грибы, многие высшие
растения. Толерантные или индикаторные виды, а также их сообщества
используются для характеристики почвенных условий, определения,
концентрации тяжелых металлов.
20
Под биологическими объектами индикации понимаются любые
биологические системы на различных уровнях организации живой
материи (молекулы органических веществ, клетки, ткани, органы,
организмы, популяции, виды, группировки, сообщества организмов), с
включением при необходимости косных компонентов (биогеоценозы,
почвы, ландшафты). При этом в целях биоиндикации используются
генетические, биохимические и физиологические нарушения хромосом,
биомембран, органелл, обмена веществ (белков и аминокислот
углеводов, включая фотосинтез липидов, минерального и
энергетического обменов), активности ферментов и гормонов:
морфологические, анатомические, биоритмические и поведенческие
отклонения; флористические, фаунистические, популяционнодинамические, биогеоценотические, ландшафтные изменения.
Для оценки степени загрязнения окружающей среды широко
применяется биологическое тестирование, получившее название
активного мониторинга, при котором выявляют различные стрессовые
воздействия с помощью тест-организмов, находящихся в
стандартизированных условиях на исследуемой территории.
Под биотестированием в узком смысле понимается биологическая
оценка воздуха, воды, почвы по реакции тест-организмов, помещаемых в
испытываемую среду.
На третьем этапе развития биоиндикации, как науки проявился
один из законов диалектики, что привело к переходу ее на новый уровень.
Из литературы известно, что для объективного заключения о
качестве среды необходима интегральная характеристика ее состояния,
т.е. оценка всего комплекса воздействий всех факторов в их
взаимодействии, взаимовлиянии и суммарном влиянии на природные
объекты. Многие достаточно совершенные современные методы оценки
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]