Влияние щелочной pH на размножение инфузорий .

ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования Традиционная эколого-гигиеническая оценка химического загрязнения водных объектов (поверхностных и подземных водоисточников, питьевой воды, сточных вод и др.), основанная на санитарно-химических анализах, нашедшая широкое применение в практике надзорных служб и при производственном контроле, полностью себя оправдывающая, тем не менее, не даёт полного представления о биологической опасности воды того или иного водного объекта. Это связано с тем, что в силу технических и финансовых причин в воде контролируется и определяется только часть вероятных тех или иных загрязнителей. Многие химические вещества, присутствующие в водных объектах, особенно в местах размещения химических, металлургических, машиностроительных и др. предприятий, остаются не идентифицированными. В то же время поверхностные и подземные воды могут загрязняться вредными веществами вследствие миграции их из атмосферного воздуха, талых вод, почвы, производственных отходов, а также при сбросе сточных вод. В связи с этим представляется необходимым иметь данные о возможном неблагоприятном токсическом действии как обнаруженных, так и неидентифицированных вредных веществ, присутствующих в водных объектах. С этой целью распространяется практика биотестирования воды на тестобъектах для характеристики и оценки её токсического эффекта. Наиболее эффективными инструментами аналитического контроля при этом являются методы биотестирования и биоиндикации . Биоиндикация (bioindication) — обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояния экологических систем, процессов и явлений. В настоящее время можно считать общепринятым, что основным индикатором устойчивого развития в конечном итоге является качество среды обитания. Биотестирование (bioassay) — процедура 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. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул). В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ. Живой организм может тестироваться также в специальных камерах или на стендах, где создаются условия изучаемого загрязнения (что очень важно для выявления реакций организма на то или иное доминирующее загрязнение или целый комплекс известных загрязняющих веществ на данной территории обитания). Хотя подходы очень близки по конечной цели исследований, надо помнить, что биотестирование осуществляется на уровне молекулы, клетки или организма и характеризует возможные последствия загрязнения окружающей среды для биоты, а биоиндикация — на уровне организма, популяции и сообщества и характеризует, как правило, результат загрязнения. Живые объекты — открытые системы, через которые идет поток энергии и круговорот веществ. Все они в той или иной мере пригодны для целей биомониторинга. В числе организмов, на которых проводят биотестирование, присутствуют представители подцарства простейших. История применения Protozoa в качестве тест-организмов насчитывает не одно десятилетие. В то же время, развитие иных методов токсикологического анализа, таких как химические, физико-химические, иммунологические, а также использование биологической оценки на организмах из других систематических групп не снижают актуальности биотестов на простейших. Об этом говорит значительное число методических разработок, рекомендаций и публикаций, постоянно появляющихся в специализированных изданиях, а также их широкое использование на практике. Эти методы обладают высокой чувствительностью, экспрессностью, надежностью, универсальностью и малой себестоимостью. Они просты в проведении, поддаются инструментализации и автоматизации, а их результаты легко интерпретируемы. В отличие от химических и физико-химических методов анализа, биотестирование на инфузориях позволяет прогнозировать интегральное воздействие изучаемого объекта на живые организмы, поскольку реакция биологической тест-системы зависит не только от отдельных токсичных соединений, содержащихся в объекте исследования, но и от их взаимодействия между собой, а также от присутствия веществ, обладающих ярко выраженным влиянием на токсичность указанных соединений. А по сравнению с биотестами на высших животных оно обладает значительными преимуществами в экономической, методической и этической сферах. Хотя в рассматриваемой области накоплен богатый фактический материал, в биологической науке до сих пор отсутствует единая концепция, описывающая биотестирование на инфузориях. Определения основных используемых терминов не получили точных и исчерпывающих формулировок, недостаточно изучена культура инфузорий, как система, по реакции которой производится оценка объекта внешней cреды, не выявлены закономерности ее реакции на неблагоприятные воздействия, не сформулированы принципы выбора тест-организмов. Как следствие, отсутствуют единые методы подготовки проб и культуры инфузорий как тест-системы к проведению анализа. Таким образом, можно заключить, что исследования в указанной области являются актуальными и имеют важное теоретическое и прикладное значение. Цель и задачи исследования. C учетом вышеизложенного в работе ставилась цель: на основе теоретического осмысления и критического анализа литературных данных и результатов собственных исследований проанализировать современное состояние методов биотестирования. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи: 1. Обобщить и систематизировать накопленный опыт в области оценки свойств различных объектов по реакции организмов группы Protozoa; 2. Сформулировать определения основных терминов, используемых в биотестировании; 3. Сформировать научное представление о культуре инфузорий как диагностической тест-системе и выявить основные закономерности процесса ее взаимодействия с объектами исследования; 4. Провести исследование эфективности тестирования кислотности растворов с применением инфузорий. Объект исследования – инфузория туфелька, как инструмент биотестирования. Предмет исследования – влияние рН среды на скорость размножения инфузорий.

СОДЕРЖАНИЕ Введение 3 Обзор литературы по теме исследования 8 Основная часть 18 Глава 1 Основные понятия биотестирования 18 1.1 Роль биотестирования в исследованиях 18 1.2 Рсновные приемы и методы биотестирования 23 1.3 Значение биотестирования в экологическом мониторинге 26 1.4. Место инфузории туфельки в биотестировании 35 1.4.1 Общие сведения 35 1.4.2 Подготовка к выполнению биотестирования 43 Глава 2. Материалы и методы исследования 48 2.1. Подготовка проб воды 48 2.2 Определение рн воды 48 2.3 Методика определения влияния рн на скорость размножения инфузорий 53 Глава 3. Результаты исследования 54 Заключение и выводы 55 Список использованных источников 56

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Амосов Д. В. Сравнительный анализ результатов биотестирования и биоиндикации качества воды // 5 Всероссийский популяционный семинар "Популяция, сообщество, эволюция", Казань Материалы семинара.Ч. 2. - Казань, 2002, 26-30 нояб., 2001. -С. 242-257. 2. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О. П. Мелеховой, Е. И. Егоровой, Т.И. Евстегнеева и др.; под ред. О. П. Мелеховой, Е. И. Егоровой. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с. 3. Биология: Большой энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. – 864 с. 4. Брагинский, Л.П. Методологические аспекты токсикологического биотестирования на Daphnia Magna Str. и других ветвистоусых ракообразных (критический отбор) / Л.П. Брагинский // Гидробиологический журнал. – 2000. – № 5. – С.50 – 57. 5. Булгаков Н. Г. Контроль природной среды как совокупность методов биоиндикации, экологической диагностики и нормирования / // Обз. инф. Пробл. окруж. среды и природ. ресурсов / ВИНИТИ, 2003. № 4. -С. 33-70. Рус. 6. Виноходов Д.О. Научные основы биотестирования с использованием инфузорий: автореф. дис. ... д-ра биол. наук : 03.00.23/ Д. О. Виноходов ; науч. консультант А. В. Гинак; С.-Петерб. гос. технол. ин-т (техн. ун-т) ун-т. - СПб.: [б. и.], 2007. - 40 с. 7. Горшкова А. Т., Николаев В. Н. Гидробиологический способ оценки загрязнений водной среды// Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон : Международная научная конференция, Санкт-Петербург Материалы конференции. - СПб., 2000, 18-20 окт., 2000. -С. 69-70. 8. ГОСТ Р ИСО 5725-2-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Ч. 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерений. М.: Изд-во стандартов, 2002. С. 42. 9. Григорьев Ю.С. Оперативные методы биотестирования природных и сточных вод // "Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга : 11 Международный симпозиум по биоиндикаторам, Сыктывкар Материалы симпозиума. - Сыктывкар, 2001, 17-21 сент., 2001. -С. 39, 258. 10. Данильченко О.П., Тушмалова Н.А., Бресткина М.Д., Никонова А.Б.. Использование инфузорий Spirostomum ambiguum var. major при биотестировании // Тезисы докл. Всесоюзн. конф. «Биоиндика¬ция и биотестирование природных вод». - Ростов-на-Дону, - 1986. - С. 92. 11. Евгеньев, М.И. Тест-методы и экология / М.И. Евгеньев // Соросовский образовательный журнал. – 1999. – № 11. – С. 29 – 34. 12. Егорова Е.И., Белолипецкая В.И. Биотестирование и биоиндикация окружающей среды : Учеб. пособие - Обнинск : Изд-во ОИАТЭ, 2000. -80 с. 13. Золотев, Ю.А. Тест-методы / Ю.А. Золотев // Журнал аналитической химии. . 1994. . Т. 49. . № 2. . С. 149. 14. Изучение токсических свойств воды / Журавлев П.В., Алешня В.В., Головина С. В., Киселев А.И., Артеменко В.Ф., Белоглазова М.Д., Бията А.И. // Качество питьевой воды, водоотведение и здоровье населения : Межрегиональная научно- практическая конференция, Рязань Материалы конференции. - Рязань, 2000, 2000. -С. 106. 15. Иллюстрированная энциклопедия животных. – Прага, 1988. – 612 с. 16. Каревский А.Е. Оценка уровня загрязнения почвы тяжелыми металлами с использованием биодат¬чика - Paramecium caudatum. // Материалы международной конференции «Сахаровские чтения 2003 года: Экологические проблемы 21 века». - Минск, 2003. - С - 214-215. 17. Каревский А.Е., Кремлев Е.П., Мандрик К.А. Индикация загрязнния почвы и воды тяжелыми ме¬таллами с использованием Paramecium caudatum. // Вестник Гродненского госуниверситета, серия 2.-Гродно, 2003,-№ 1(19).-С. 109-116. 18. Кирьянов В. В., Тимошевский А. А. Альтернативные методы исследований интегральной токсичности воды и других объектов внешней среды// Российская научная конференция "Медицинские аспекты радиационной и химической безопасности", Санкт-Петербург Материалы конференции. - СПб, 2001, 11-12 окт., 2001 . -С. 98-99. 19. Кокова, В.Е. Непрерывное культивирование простейших / В.Е. Кокова // Простейшие – новые объекты биотехнологии: сб. материалов конф. – Л.: Наука, 1989. – С. 113 – 139. 20. Кокова, В.Е. Непропорционально – проточная культура простейших / В.Е. Кокова, Г.М. Лисовский. – Новосибирск: Наука, 1982. – 188 с. 21. Крайнюкова, А.Н. Биотестирование в охране вод от загрязнения / А.Н. Крайнюкова // Методы биотестирования вод. – Черноголовка, 1988. – С. 4 – 14. 22. Международная заочная научно-практическая конференция "Инфузории в биотестировании". Октябрь 1997 Тез. - СПб.: Архив ветеринар. наук, 1998. - 304 с 23. Методика определения токсичности отходов, почв, осадков сточных вод, сточных, и очищенных сточных, поверхностных, грунтовых и питьевых вод методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum. - Казань, 2003. 20 с. ФР.1.39.2003.00923. 24. Методы биологического анализа вод. . М., 1983. . 371 с. 25. Моделирование и контроль качества вод: сб. науч. тр. – Харьков, 1988. – 167 с. 26. Моллюски как индикатор накопления ТМ на примере Anodonta piscinalis / Андрианов В. А., Канатьева Н. С. // Проблемы экологической безопасности Нижнего Поволжья в связи с разработкой и эксплуатацией нефтегазовых месторождений с высоким содержанием сероводорода : Научно- практический семинар , Астрахань , 2000 . Материалы семинара, Астрахань, 2000 - С. 122-124 27. Невский, А.В. Анализ и синтез водных ресурсосберегающих химикотехнологических систем / А.В. Невский, В.Л. Мешалкин, В.А. Шарнин. – М.: Наука, 2004. – 212 с. 28. Никитин Н.В.: Биогеохимическая индикация окружающей среды: тезисы докладов. – 1988. 29. Определение методом биотестирования токсичности очищенных сточных вод / Васинкина А. С., Сафарова В. Г., Асадуллина Л. А. // Интеграция науки и высшего образования в области био- и оганической химии и механики многофазных систем : 3 Всероссийская научная INTERNET-конференция, Уфа Материалы INTERNET-конференции. - Уфа, 2005, 15-31 дек., 2005. -С. 27-28. 30. Осипов, Ю.Б. Управление природоохранной деятельностью в российской Федерации / Ю.Б. Осипов, Е.М. Львова. . М.: Варяг, 1996. . 268 с. 31. Основы экогеологии, биоиндикации и биотестирования водных экосистем: Учебное пособие для студентов геологических специальностей университетов / Ред. Куриленко В.В. // Изд-во СПбГУ, 2004. -446 с. 32. Павлова Л. Н. Экспресс-методы оценки токсичности сточных вод, попадающих в рыбохозяйственные водоемы, по скорости регенерации вакуолярного аппарата инфузорий Spirostomum ambiguum и Stylonychia mytilus // Рыб. х-во, 2007. № 2. -С. 102-104. 33. Потапова Н.А., Королевская Т.В. Методы биотестирования загрязнения вод с помощью культур водных микроорганизмов // В сб. Методы биотестирования вод. - 1988. - С. 17-18. 34. Равзиева Г. М., Селивановская С. Ю., Латыпова В. З. Paramecium caudatum в системе тест-объектов для определения токсичности осадков сточных вод// 8 Съезд Гидробиологического общества РАН, Калининград Тезисы докладов. Т. 3. - Калининград, 2001, 16-23 сент., 2001. -С. 72-73.РД 118-02-90. Методическое руководство по биотестированию воды. – М.: Госкомприроды СССР, 1991. – 48 с. 35. Розанцев Э. Г., Черемных Е. Г. Биотестирование или биологическая оценка безопасности в настоящем и будущем / // Экол. и пром-сть России, 2003. Окт.. -С. 44-46, 49. 36. Розанцев, Э.Г. Биотестирование, или биологическая оценка безопасности / Э.Г. Розанцев, Е.Г. Черемных // Экология и промышленность России. – 2003. – № 10. – С. 44 – 46. 37. Розенберг В.Г. Теория биоиндикации. 1.-М.: «Высшая школа»,1994г.,- 141с. 38. Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов. – М.: РЭФИА, НИА – Природа, 2002. – 118 с. 39. Селивановская С.Ю., Галицкая П.Ю. Оценка токсичности плотных многокомпонентных сред с использованием контактного метода биотестирования // Токсикол. вестн. 2006. № 4. С. 12–15. 40. Тимофеева С.С. Оценка токсичности компонентов сточных вод золотоизвлекательных фабрик на водных растениях // Тез. докл. на Всесоюзн. симп. «Обобщенные показатели качества вод - 1983. Практические вопросы биотестирования и биоиндикации» (Черноголовка, 2-4 февраля 1983 г.). -Черноголовка, 1983.-С. 159-161. 41. Ткаченко В.Н., Цвылев О.П. Методические основы биотестирования загрязнения водной среды с помощью одноклеточных водорослей // Биотестирование природных и сточных вод. - М., 1981. 42. Тушмалова Н.А. Функциональные механизмы приобретенного поведения у низших беспозвоночных. М.: Изд-во МГУ, 1986. 107 с. 43. Унифицированные методы исследования качества вод: сб. Ч.3. – Методы биологического анализа вод. – 1983. – 356 с. 44. Филенко О.Ф. Биологические методы в контроле качества окружающей среды // Экологические системы и приборы, 2008. № 3. - 45. Фомин Б.И. и др. Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем. — СПб. 1992. Т. 14. С. 103. 46. Фомин, Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам: энциклопедический справочник / Г.С. Фомин. – М.: Протектор, 1995. – 624 с. 47. Хоружая, Т.А. Оценка экологической опасности / Т.А. Хоружая – М.: Книга-сервис, 2002. – 208 с. 48. Черемных, Е.Г. Биотестирование, или биологическая оценка безопасности в настоящем и будущем / Е.Г. Черемных, Э.Г. Розанцев // Экология и промышленность России. – 2003. – № 10. – С. 44 – 46. 49. Черненькова Т.В. Методика комплексной оценки состояния лесных биогеоценозов в зоне влияния промышленных предприятий // Пограничные проблемы экологии. Сб. Научн. трудов. — Свердловск: УНЦ АНССР. 1986. С. 116—127. 50. Шварцев С. Л. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия / С.Л. Шварцев, Е.В. Пиннекер. . Новосибирск: Недра, 1982. . 284 с. 51. Шпаков А.О., Деркач К.В., Перцева М.Н. Аденилатциклазная сигнальная система инфузорий как высокочувствительный биотест в экологическом мониторинге качества воды // Сб. тез. Междунар. заочной научно-практической конференции "Инфузории в биотестировании", октябрь 1997 г. С-Петербург, 1998. C. 93–94. 52. Шуберт Р. Возможности применения растительных индикаторов в биолого-технической системе контроля окружающей природной среды // Сб. Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды. — Л.: ГМИ, 1982. Вып. 1. С. 104—111. 53. Шуберт, Р. Биоиндикация загрязнителей наземных экосистем / Под ред. Р. Шуберта. – М.: Мир, 1988. – 350 с. 54. Экологический мониторинг. Учебное пособие под редакцией Т.Я.Ашихминой. М.: Академический Проспект, 2005, - 416 с. 55. Ahtianen J., Valo R., Jarvinen M., Joutti A. Microbial toxicity tests and chemical analyses as monitoring parameters at composting of creosote-contaminated soil // Ecotoxicol. Environ. Safety. 2002. № 53. P. 323–329. 56. Bloem J., Breure A.M. Microbial indicators // Bioindicat. Biomonitor. 2003. V. 6. P. 259–282. 57. Chen C.-M., Liu M.-C. Ecological risk assessment on a cadmium contaminated soil landfill - a preliminary evaluation based on toxicity tests on local species and site-specific information // Sci. Total Environ. 2006. V. 359. Iss. 1–3. P. 120–129. 58. Choppin G., Rydberg J., Liljenzin J.O. // Radiochemistry and Nuclear Chemistry to pog: Butterworth-Heinemann Ltd., 1995. P. 473–512. 59. Classens S., Rensburg L.V., Riedel K.J., Bezuidenhout J.J., van Rensburg P.J.J. Evaluation of the effucuency of various commercial products for the bioremediation of hydrocarbon contaminated soil // The Environmentalist. 2006. № 26. P. 51–62. 60. Dar G.H., Mishra M.M. Influence of the cadmium on carbon and nitrogen mineralization in sewage sludge amended soils // Environ. Pollut. 1994. V. 84. P. 285–290. 61. Fjallborg B.Li, Nilsson E., Dave G. Toxicity identification evaluation of five metals performed with two organisms (Daphnia magna and Latuca sativa) // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2006. № 50. P. 196–204. 62. Hansen T.L., Bhander G.S., Christensen T.H., Bruun S., Jensen L.S. Life cycle modelling of environmental impacts of application of processed organic municipal solid waste on agricultural land (EASEWASTE) // Waste Manag. Res. 2006. № 24. P. 153–166. 63. ISO/DIS 10712. Water Quality – Pseudomonas putida growth inhibition test (Pseudomonas Cell Multiplication Inhibition Test). International Standard, 1995. 14 p. 64. Ivask A., Fracois M., Kahru A., Dobourguier H.-C., Virta M., Douay F. Recombinant luminescent bacterial sensors for the measurement of bioavailability of cadmium and lead in soils polluted by metal smelters // Chemosphere. 2004. № 55. P. 147–156. 65. Kapanen A., Itavaara M. Ecotoxicity tests compost applications // Ecotox. Environ. Safety. 2001. № 49. P. 1–16. 66. Kookana R., Correll R., Barnes M. Ecological risk assessment for terrestrial ecosystems: The summary of discussions and recommendations from the Adelaide Workshop // Human Ecol. Risk Assessment. 2004. № 12(1). P. 130–138. 67. Miyoshi Norikazu, Kawano Tomonori, Tanaka Miho, Kadono Takashi, Kosaka Toshikazu, Kunimoto Manabu, Takahashi Tadao, Hosoya Hiroshi Использование видов Paramecium в биотестах при оценке риска загрязнения окружающей среды; определение величин ИК[50] водных поллютантов. Use of Paramecium species in bioassays for environmental risk management: Determination of IC[50] values for water pollutants // J. Health Sci., 2003. 49, № 6. -С. 429-435. 68. Plaza G., Nalecz-Jawecki G., Ulfig K., Brigmon R.L. The application of bioassays as indicators of petroleum-contaminated soil remediation // Chemosphere. 2005. № 59. P. 289–296. 69. Prokop Z., Holoubek I. The use of a microbial contact toxicity test for evaluating cadmiun bioavailability in soil // J. Soils Sedim. 2001. № 1. P. 21–24. 70. Ronnpagel K., Janssen E., Ahlf W. Asking for indicator function of bioassays evaluating soil contamination: are bioassays results reasonable surrogates of effects on soil microflora? // Chemosphere. 1998. V. 36. № 6. P. 1291–1304. 71. Van Beelen P. A review on the application of microbial toxicity tests for deriving sediment quality guidelines // Chemosphere. 2003. № 53. P. 795–808.