Диссертация (1150360), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Изучениевозможностиоценкитоксичностиводныхрастворовиндивидуальных токсикантов с помощью мультисенсорной системы вшкалах метода биотестирования, основанного на реакции Vibrio fischeri.3. Изучениевозможностиоценкитоксичностиреальныхобразцов,полученных при заборе проб из различных водоёмов, в шкалах несколькихразличных методов биотестирования, использующих Daphnia magna,Paramecium caudatum, Chlorella vulgaris и Vibrio fischeri в качестве тестобъектов.Научная новизна:Показано, что использование мультисенсорных систем с последующейобработкой результатов измерений методами хемометрики позволяет определятьтоксичность водных сред, природных поверхностных вод, сточных вод, а такжеводных растворов индивидуальных токсикантов.Выявлено наличие корреляций между откликами потенциометрическоймультисенсорнойоценивающимисистемыичетырьмяметодамибиотестирования,токсичность водных образцов путем измерения смертностирачков Daphnia magna, оптической плотности культуры водорослейChlorellavulgaris, хемотаксиса инфузорий Paramecium caudatum, а также люминесценциибактерий Vibrio fischeri.Практическая значимость работы:Предложен способ оценки токсичности водных образцов с помощьюпотенциометрической мультисенсорной системы в шкалах отклика различныхживых тест-объектов – от простейших одноклеточных, таких как бактерии (Vibriofischeri), до многоклеточных организмов, например, ракообразных (Daphniamagna).8Результаты работы открывают возможность применения мультисенсорныхсистем для определения токсичности природных и сбросных вод сложногосостава.

В этом случае живые организмы используются только для градуировкимассива сенсоров. Предлагаемый подход позволяет значительно снизить времяоценки качества воды, с 48-96 часов, необходимых для проведения методовбиотестирования,до3-5минут,иполучитьзначениятоксичностиспогрешностью не более 25%.Положения, выносимые на защиту1.

Результатыоценкимультисенсорныхчувствительностисистемкфенолу,потенциометрическихо-нитрофенолу,п-крезолу,додецилсульфату натрия и цетилтриметиламмоний бромиду.2. Доказательствовозможностииндивидуальныхводныхоценкирастворовинтегральнойтоксикантовтоксичностиспомощьюмультисенсорной системы в шкалах методов биотестирования.3. Обоснование возможности оценки интегральной токсичности природных ипромышленных вод с помощью мультисенсорной системы в шкалахметодов биотестирования.4. Результаты применения методов обработки многомерных данных (kближайших соседей, случайных лесов и проекций на латентные структуры)для нахождения корреляции между реакцией живых тест-объектов натоксичностьводныхмультисенсорной системы.средиоткликампотенциометрической9ГЛАВА 1.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ1.1.Методы биотестирования для определения интегральной токсичностиводных средСвойство химических веществ причинять вред живым организмам, а иногдаи приводить к летальному исходу, называется токсичностью. Вещество, котороепредставляет опасность для любого биологического вида, определяют кактоксикант, процесс воздействия на организм – токсикация, также принятоотдельно выделять понятие токсификация, т.е.

процесс воздействие токсикантана экосистему в целом. Под токсичностью водной среды обычно подразумеваюттоксичность не только самой воды, но и донных осадков для живых организмов.Причины возникновения опасности могут быть как природными, так иантропогенными, например, загрязнение сточными водами,токсическимиатмосферными осадками и т.д. [1].В качестве стандартных методов мониторинга состояния водных средшироко используются методы водной токсикологии в сочетании с дальнейшимустановлениемзначенийпредельнодопустимыхконцентрацийвеществ,используя современные методы аналитической химии.Оценка состояния окружающей среды кроме того ведётся по превышениюпринятых государством нормативов предельно-допустимой концентрации (ПДК),а также предельно-допустимого уровня загрязнения (ПДУ). ПДК – концентрацияхимических элементов в окружающей среде, которая при постоянном влиянии наорганизм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний.

ПДУ– законодательно установленная верхняя граница величины какого-либовоздействующего фактора, в данном случае концентрации веществ.Однако подход, использующий упомянутые выше нормативы, не даётинформации о состоянии среды в целом в тех случаях, когда эти данныенеобходимы. Метод биотестирования представляется идеальным для решениязадач такого рода.

Впервые биотестирование стало использоваться в начале1020 века, когда в практику вошло применение так называемой «рыбной пробы»[2], в дальнейшем стали разрабатываться методики, использующие дафний,простейших, червей и т.д. Но, несмотря на то, что разработка методов на основеживых организмов осуществлялась во многих научных группах и институтах,необходимость применения биотестирования для интегральной оценки качествавод была признана только в конце 80-х годов двадцатого века.Проведениебиотестированиятребуетналичияхорошооснащенныхлабораторий, происхождение анализируемых вод в этом случае неважно, этомогут быть как природные воды, так и образцы сточных вод, а также водныевытяжки из различных материалов [3].Метод биотестирования подразумевает установление токсичности объектовокружающей среды на основе исследования реакций биологических объектов –тест-объектов – на изменения в среде.

Такая процедура проводится, как правило,до химического анализа. Этот метод позволяет оценить состояние окружающейсреды, выявить источники загрязнения и области их скопления, а уже после этогоаналитическим путём установить причины загрязнения, вид токсикантов, ихконцентрацию. Состав анализируемых образцов сложен и редко точно известен,поэтому тестирование с использованием биообъектов играет значительную рольуже на ранних стадиях проведения исследования.Метод биотестирования используют для решения широкого круга задач: оценка токсичности различных водных сред от сточных вод промышленныхпредприятий до природных вод; выявление наличия или отсутствиязагрязнения; контроль аварийных сбросов высокотоксичных вод; проведение оценки степени токсичности сточных вод при строительствеочистных сооружений; определение уровня разбавления сточных вод, необходимого для ихпоследующего сброса и отсутствия неблагоприятного воздействия на живыеорганизмы;11 проведение оценки экологической чистоты новых материалов, производств,строящихся сооружений [4]; оценка токсичности воды, использующейся в синтезе фармацевтическихпрепаратов, производстве косметики; определение токсичности препаратов бытовой химии.Как уже упоминалось выше, в основе метода биотестирования лежитисследование реакции живого организма или сообщества организмов, которыетакже могут называться тест-объектами, биосенсорами или биообъектами, наокружающую его воду.Отклик живых организмов может быть связан с влиянием какого-либоодного фактора, то есть быть специфическим.

Если же разные типы воздействиявызывают одну и ту же реакцию, то такой отклик принято определять какнеспецифический.Крометого,средибиообъектовможноразличитьчувствительные, те, которые реагируют на изменения в окружающей средерезким и сразу заметным отклонением их жизненных показателей от нормы, икумулятивные: в этом случае видимых изменений в состоянии организма нет, нонакапливание воздействия происходит [5].Почти в любом биологическом сообществе – от растительного доживотного – можно найти организм, подходящий для использования его вкачестве тест-объекта. В частности, наиболее используемыми биообъектамисчитаются различные микроорганизмы (водоросли, бактерии), так как их реакцияна изменения окружающей среды наиболее быстрая, что позволяет проводитьэксперименты, связанные с оценкой качества воды, а также изучением эффектаотдельных загрязнителей на живой организм.При контроле качества воды на территории РФ много внимания уделяетсяметодам, основанным на изучении реакции дафний, инфузорий, раков, рыб идругихгидробионтов;некоторыеизнихвключенывгосударственныенормативные документы.

Например, тест на дафниях применяется приустановлении предельно-допустимых концентраций загрязняющих веществ в12воде рыбных хозяйств. Некоторые методики, такие как методика по контролюкачества воды с помощью пресноводных рыб, являются международнымистандартами ИСО [6, 7].Самыми изученными и чаще всего используемыми, тест-объектами нанастоящий момент считаются дафнии (Daphnia magna, Daphnia pulex), а такженесколько видов зелёных водорослей (Chlorella) и рыб [8].Для характеристики реакции биообъекта на действие исследуемого образцаоценивают тест-функцию, т.е. изменение какого-либо показателя живого объектапод воздействием токсикантов, присутствующих в окружающей среде.Тест-функции в зависимости от используемого биосенсора различны, этомогут быть биологические показатели, такие как: процент выживших, либо погибших особей -для ракообразных,инфузорий, эмбриональных стадий моллюсков, насекомыхи некоторыхвидов рыб; уровень рождаемости новых особей, правильное развитие организмов наранних стадиях – для ракообразных, рыб и моллюсков; прирост или спад численности клеток в культуре, скорость и степень еёроста - для культур одноклеточных водорослей и инфузорий.Крометого,вкачестветест-функциймогутиспользоватьсяфизиологические характеристики организма, например: скорость прорастания семян, длина первичного корня – для растений; подвижность организмов относительно градиента химических веществ(хемотаксис) – для инфузорий [9]; изменение интенсивности люминесценции – для бактерий.Важно помнить, что реакция биообъекта на изменение качества средыдолжна быть чётко выражена и либо заметна визуально, например, подвижностьорганизмов; либо с использованием дополнительного оборудования, как в случаес изменением люминесценции.Как и у любого метода, у метода биотестирования есть свои достоинства инедостатки.13К преимуществам относится возможность проведения комплексной оценкисостояния водной биоты – учитывается влияние всех без исключениябиологически важных факторов, отражается общее состояние окружающей среды;фиксируется скорость происходящих изменений; указываются места скопленийзагрязняющих веществ.

Явным достоинством метода также является высокаячувствительность тест-объектов к малейшим изменениям в окружающей среде,минимальным концентрациям токсикантов [10].К проблемам методов биотестирования можно отнести сложности,связанные с поддержанием биообъектов в рабочем состоянии, это касаетсяправильного кормления гидробионтов, условий культивации, неизменностисоответствующих условий среды обитания. Явным недостатком метода такжеявляется продолжительность анализа, среднее время проведения биотестированияоколо 48 часов, за исключением ограниченного числа методик. Вследствиеперечисленных выше факторов, стоимость каждого измерения оказываетсядостаточной высокой.Кроме того, не существует универсальных биотестов, характеризующихсянадёжностью и широким диапазоном применимости, это связано с видовойизбирательностью действия потенциальных токсикантов [11], а также спостоянным ростом количества загрязняющих веществ.

Характеристики

Список файлов диссертации