Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 46
Текст из файла (страница 46)
е. аварийный сброс произошел не у предприятия, в сточных водах которого содержится свинец. Далеко не последнюю роль в этих процедурах должна играть автоматизация процесса измерений, сбора и обработки информации. В Англии создана автоматизированная система биологического контроля качества воды с помощью рыб. В проточный аквариум по- мешается форель. При подаче загрязненной волы под влиянием поллютантов она ослабевает и сносится в задний отсек, где стоит фотоэлемент, возникает сигнал опасности. 225 В ФРГ для контроля используется нильская щука.
Эта рыба имеет свойства испускать слабые электрические импульсы. В нормальных условиях их частота около 800 импульсов/мин; при отравлениях они подаются значительно реже. В бывшем СССР также была создана установка, в которой в качестве тест-объекта используются рыбы. Эффект загрязнения регистрируется по изменению характера движения жаберных крышек. Соответствующая временная зависимость регистрируется автоматически и впоследствии регистрируется с помощью ЭВМ, Рис. 12.2.
Схема полготовкн ~а), укладки гест-обьекта н измерения электрических параметров (67. 1, 2, 3, 4, — отсеки камеры; 5- камера; 6- клетка; 7- токовые элекгроды; К- электрометрическнй усилитель; У вЂ” стимулятор; 10- смеситель; П вЂ” емкости лля проб; П вЂ” вазелин; 13 — регистрирующие электроды (каломельные полуэлементы1; 14 — самопишущий прибор; 15- герметичная крышка; 16- шланги для отвода жидкости; 17 — шланги для подачи раствора. Пунктиром показаны линии разреза. Сплошной линией выделен блок подачи н смены растворов 226 Разработан и автоматизированный индикатор контроля загрязнения волной среды на основе регистрации электрофизиологических параметров клеток харовых водорослей.
Рассмотрим вкратце суть метода и общие принципы работы подобного индикатора, позволяющего осуществлять интегральную оценку состояния окружающей среды (почва, вода) в автоматическом режиме. Вспомним, что токсические эффекты ксенобиотиков проявляются через нарушение нормального течения различных жизненных отправлений организмов, обитающих в воде или потребляющих воду в том или ином виде. Биологические мембраны весьма чувствительны ко многим ксенобиотикам. Присутствующие в окружающей среде чужеродные соединения вызывают модификацию структурно-функциональных характеристик мембран, в результате чего происходят изменения электрических параметров клетки. На этом эффекте и основан метод злектроальгологического (а)чае — водоросль) анализа состояния среды. Суть его сводится к следующему. Накануне отпрепарированная от таллома интериодальная клетка харовой водоросли помещается в измерительную кассету (камеру), через которую пропускается контрольный раствор (рис.
12.2, а, 6). Регистрируются два параметра — разность электрических потенциалов (РЭП) и сопротивление (проводимость) протоплазматической мембраны. Затем через экспериментальный отсек пропускается, например, проба водной среды и регистрируются сдвиги указанных параметров от контрольной величины (рис. !2.3). По наблюдаемым величинам отклонений параметров от контрольных судят о наступивших сдвигах в компонентном составе среды. Для расширения диагностических возможностей метода использовали также показатели обратимости реакции, т. е. регистрировались величины параметров при замене испытуемой пробы на контрольный раствор (см. рис.
12.3). Ч'к2,й 2 4~ ф Р Рие. ! 2.3. Схема определения параметров ЛЧ', ЬЙ„Ч к, Чк: ЬЧ'(ЛК) = Ч'(К) — Ч'к(кк); а (Чк)=Ч'„(йк1)-Ч'(йк) Ч (Чк)=Ч'ю(К )-Ч'(й ) 227 Рис. 12.4. Результаты тестирования образцов сточных вод различных производств (1-1Ч) и общего стока (Ч) химического предприятия, представленные на диаграммах (ЬЧ', ЬК) (а) и Чч, Ф) (б). Точки соответствуют разным разбавлениям отдельных образцов стоков Приведем пример использования электроальгологического метода в системе контроля токсичности вод различных производств (цехов) одного из химических предприятий.
В зависимости от вида производства меняется характер и время развития реакции, ее величина и направление, а также показатели обратимости. Точки, соответствующие разным разбавлениям отдельных образцов стоков, образовали компактные группы на диаграмме (ЛЧ', ЬК) (рис. 12.4, л),' причем область расположения точек, относящихся к производству 1Ч, лежит обособленно, а область сосредоточения точек, относящихся к стокам производств П и 111, а также 1 и общего стока совпадают попарно.
Используя данные обратимости реакции (о), можно дискриминировать исследуемые пробы воды. Так, на диаграмме (цз, пк) хорошо разделяются образцы стоков, соответствующие П и Ш производствам. Области, относящиеся к сточным водам 1 производства и общему стоку, по-прежнему перекрываются, что, вероятно, связано с преобладанием в общем стоке токсических ксенобиотиков 1 производства (рис.
12.4, б). Приведенные диаграммы позволяют обнаружить наступающие изменения в составе соответствующих образцов и выявить ряд ситуаций. Например, при перемещении точек соответствующих разбавлений проб вод цеха П в квадрант+ ЛЧ', + йК можно говорить нарушения в технологическом режиме данного цеха; появление сдвигов параметров ЛЧ', ЬК при больших разбавлениях говорит о повышении концентрации токсических ксенобиотиков; появление достоверных сдвигов в реакции клетки в образцах вод из мест сброса в водоем (общий сток после очистки) свидетельствует об неэффективной очистке или залповом сбросе и т.
д. Благодаря тому что в качестве тест-реакции выбрана регистрация электрических характеристик клетки, оказывается возможным полностью автоматизировать управление процессами проведения испытаний, сбора и обработки получаемой информации. Индикатор включает несколько измерительных кассет с клетками, которые образуют биоблок, блок генератора импульсов (стимулятор), блок усилителей, устройства подготовки и смены растворов, а также блок программного управления работой индикатора.
Измерительная кассета предназначена для укладки и надежного закрепления клетки водоросли, подачи и отведения необходимых растворов, установки токовых и измерительных электродов (см. рис.12.2). Блок усилителей состоит из идентичных независимых каналов (число которых определяется количеством тест-объектов) и обеспечивает регистрацию напряжений (разность электрических потенциалов). 229 Стимулятор предназначен для пропускания через токовые электроды прямоугольных импульсов, по величине которых и вызываемых ими сдвигах напряжений определяется электрическое сопротивление клетки.
Устройство подготовки и смены растворов подает их в измерительные отсеки по команде программного блока. Программный блок обеспечивает последовательность регистрации величин электрических параметров клетки на воздействие испытуемых проб, временную последовательность включения исполнительных механизмов устройств приготовления растворов и смены режима работы, интервалы подачи и слива приготовленных проб и т.
д. Регистрируемые результаты поступают в компьютер, интерпретирующая программа производит обработку данных, которые представляются в виде соответствующих таблиц. Схематическое изображение индикатора представлено на рис. 12.5. Рис. 12.5. Функциональная схема индикатора: ! — устройспю программного управления; и — устройство подключения измерительной аппаратуры; Ш вЂ” 1Ч вЂ” измерительная аппаратура (1- переключатель автоматической смены растворов; 2- камеры; 3 — каналы управления смены растворов„4 — каналы управления подачи и импульсов тоха) 230 В последние годы в качестве аналитических индикаторов предлагается использовать различные виды микроорганизмов, поскольку среди них можно выбрать штаммы, избирательно чувствительные к самым разнообразным ксенобиотикам.
Наиболее удобными для использования являются споровые и кокковые микроорганизмы. Использование микроорганизмов в качестве чувствительных элементов биодатчиков позволяет получить информацию о содержании ряда ксенобиотиков с учетом процессов их трансформации в природных объектах. В качестве тест-реакций регистрируются ростовые реакции (численность клеток, динамика накопления биомассы, гибель и т. д.), ферментативные реакции (изменение ферментативной активности) и др. В заключение отметим, что система испытаний биологической активности чужеродных соединений, в частности ксенобиотиков, открывает широкие возможности не только для использования ее в системах контроля за состоянием окружающей среды.
Она может служить и своеобразным полигоном для отбора новых биодатчиков, выбора их наиболее чувствительных характеристик и т, д. Более того, информация о биологической активности ксенобиотиков и окружающей среды позволяет дать прогностическую оценку их безопасности и разработать мероприятия по снижению воздействия химического пресса на всю биосферу, и человека в частности. ЛИТЕРАТУРА Основная 1. Альберт А. Избирательная токсичность.
В 2 т. М.: Медицина, 1989. 2. Баренбойм Г. М, Маленков А..Г. Биологически активные вещества. Новые принципы поиска, М.: Наука, 1986. 3. Головенко Н. Я., Карасева Т. Л Сравнительная биохимия чужеродных соединений. Киев: Наук. думка, 1983. 4. Дурмишидзе С. В., Девдариани Т. В., Кахниашвили Х. А.. Буадзе О. А. Био- трансформация ксенобиотиков в растениях. Тбилиси: Мецниереба, 1988. 5. Корте Ф. идр.
Экологическая химия. М.: Мир, 1997. б. Телитченко М М., Остроумов С. А. Введение в проблемы биологической экологии. М.: Наука, 1990. 7. ??арк В. Ф. Биохимия чужеродных соединений. М.: Медицина. 1973 8. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. М.: Мир, 1997. 9. Юрин В. М, Иванченко В. М, Галактионов С. Г. Регуляция функций мембран растительных клеток.
Мн.: Наука и техника, 1977. Дополнительная 1. 3. 4 б. 8. Головченко Н. Я. Механизмы реакций метаболизма ксенобиотиков в био- логических мембранах. Киев: Наук. думка, 1981. Действие физиологически активных соединений на биологические мем- браны ? Под ред. Л. Н.Пирузяна и др. М.: Наука, 1974. Комиссаров И. В. Элементы теории рецепторов в молекулярной фармако- логик М.: Медгиз, 19б9. Остроумов С. А. Введение в биохимическую экологию. М.: МГУ, 198б.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
