4. Методы биотестирования в контроле окружающей среды

Под биотестированием (англ. bioassay) обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкую признание во всем мире и его все чаще используют наряду с методами аналитической химии. Существует 2 вида биотестирования: морфофизиологический и хемотаксический. Хемотаксический метод более точный, та как в нем используется специальный прибор, а морфофизиологический позволяет более точно описать, что происходит с тест-объектами, например, в загрязненной воде

Жизненная функция или критерий токсичности (toxicity criterion) - используемые в биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды. Тест-фукнкции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов:

• для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых - выживаемость (смертность) тест-организмов.

• для ракообразных, рыб, моллюсков - плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток.

• для культур одноклеточных водорослей и инфузорий - гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры.

• для растений - энергия прорастания семян, длина первичного корня и др.

Длительность биотестирования зависит от задачи, поставленной исследователем.  Острые биотесты (acute tests), выполняемые на различных тест-объектах по показателям выживаемости, длятся от нескольких минут до 24-96 ч. Краткосрочные (short-term chronic tests) хронические тесты длятся в течение 7 суток и заканчиваются, как правило, после получения первого поколения тест-объектов. Хронические тесты (chronic tests) на общую плодовитость ракообразных, охватывающие 3 поколения, длятся до рождения молоди в F3.

Можно ли использовать биотестирование вместо химического анализа на содержание загрязняющих веществ?

Биотестирование, как правило, используют до химического анализа, т.к. этот метод позволяет провести экспресс-оценку природной среды и выявить"горячие точки", указывающие на наиболее загрязненные учаскти акватории (территории, полигона). На участках, где методами биотестирования выявлены какие-либо отклонения и исследуемая среда характеризуется как токсичная, аналитическим путем необходимо установить причины этого явления.

Можно ли по реакции тест-объектов обнаружить зоны экологического бедствия или источники загрязнения?

Да. На наиболее загрязненных акваториях (территориях) тест-объекты демонстрируют минимальную выживаемость (плодовитость) в тестируемых средах, на основании чего делается вывод об острой (хронической) токсичности тестируемой среды. Токсикометрические показатели, используемые в биотестиоровании, позволяют картировать загрязненные районы.

Можно ли, используя мотоды биотестирования, определить, загрязнена ли почва?

Существует два методических подхода для определения токсичности почв. Для экспресс-диагностики используют водные экстракты, содержащих водорастворимые фракции почв. В этом случае биотестирование выполняют на традиционных для водной токсикологии тест-объектах - ракообразных, инфузориях, водорослях. При необходимости исследовать фитотоксические свойства почв в качестве тест-объектов используют семена культурных растений - овса, кресс-салата и др. В этом случает показателями токсичности служат энергия прорастания семян, морфометрические характеристики листа и др.

Можно ли, основываясь на данных биотестирования, предъявить штрафные санкции за ущерб окружающей среде?

Да. Результаты исследований токсичности сточных вод методами биотестирования используются при расчетах и корректировке предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ, поступающих в водные объекты со сточными водами.

Можно ли использовать массовые виды организмов, собранных в природе, в качестве тест-объктов?

Массовые виды организмов можно использовать для первичной оценки острой токсичности среды, а также для введения в лабораторную культуру необходимых для экспериментов животных. Однако необходимо помнить, что организмы, взятые в природных водоемах, генетически неоднородны, часто и обитают в загрязненных водоемах и адаптированы к различным загрязняющим веществам. Для корректного использования таких организмов в качестве тест-объектов для биотестирования следует, как минимум, провести их акклимацию в стандартных лабораторных условиях.

Оптимальным подходом можно считать более длительный и сложный, но оправданный путь - получения достаточного для экспериментов количества потомства во втором и последующих поколениях. У ветвистоусых ракообразных, например, потомство от одной партеногенетической самки может дать начало новой лабораторной культуре.

Практический опыт введения биотестирования для определения токсичности сточных вод предприятий не очень большой, т.к. затрудненно с помощью биотестов количественное определение концентрации какого-либо одного или нескольких токсичных компонентов в сложной смеси. Есть все основания полагать, что по мере обработки и унификации биотестов (особенно на основе использования наиболее удобных и доступных для работы в любой лаборатории мелких видов и форм гидробионтов), они прочно войдут в арсенал средств контроля загрязнения и существенно сократят объём трудоёмких и дорогостоящих анализов сточных вод химическими и аппаратурными методами. При этом будет решена одна из главных задач борьбы за чистоту водоёмов - контроль источников загрязнения по биологическим показателям. Достоинство биоконтроля состоит в доступности и простоте осуществления. Надежность гарантируется созданием более жестких условий в модельных экспериментах, чем в природном водоеме - это относится к ограничению жизненного пространства и по времени насильственного контакта тест-объекта с неразбавленной сточной водой. Биоконтроль позволяет охватить всех характеристики исследуемой воды, включая гидрохимический, физический, бактериальный и другие компоненты во всей их совокупности. Интегральные параметры характеризуют состояние системы соответствующего уровня наиболее обобщенно, давая суммарный ответ о состоянии системы. Для организма к интегральным могут быть отнесены характеристики выживаемости, роста, плодовитости, а физиологические, биохимические, гистологические и прочие параметры относятся к частным. Надежность ответа снижается по мере удаления системного уровня тест - функции от уровня моделируемого процесса или явления. Биохимический параметр организма, например, надежно характеризует функцию конкретной ферментной системой, с некоторой вероятностью может оценивать состояние организма в целом, и практически бесполезен для оценки экологической ситуации в водоеме.  Доступность тест-объектов также приходится принимать во внимание при выборе соответствующих методов для целей биотестирования.