Размещено на http://www.allbest.ru/

Хмельницький національний університет

Міжвідомчий екологічний центр НАН України

Біотестування. Сучасний стан практичного використання

Єфремова О. О., Крайнов І. П.

Вступ

Оцінка якості води заснована на контролі фізичних, фізико-хімічних властивостей та хімічного складу води. Оцінку проводять по гідрофізичним, хімічними та токсикологічними показниками за допомогою аналітичних та біологічних методів.

Мета роботи. Аналіз методів оцінки, їх переваг і недоліків та можливих варіантів поєднання для отримання швидких та достовірних даних щодо якості питних вод.

Матеріал і результати дослідження

Аналітичні методи поділяються на методи, які реалізуються за допомогою приладів, та хімічні методи.

Методи, що реалізуються за допомогою приладів, визначають кількісні та якісні фізичні, фізико-хімічні показники та частково хімічний склад води. Наприклад, до таких методів належать кулонометрія, електропровідність, рН-метрія, іонометрія, фотоелектрокалориметрія, спектрофотометрія, флуоріметрія, люмінометрія, мікроскопірування та інші. Основними перевагами цих методів є об'єктивність, точність, швидкість, відтворюваність результатів, достовірність, незначна похибка, можливість аналізу проточних вод.

Хімічні методи - визначення хімічного складу питної води за допомогою реагентів. Їх застосування дає точний кількісний та якісний хімічний склад.

Основним недоліком перелічених вище методів є неможливість визначення ступеня впливу якості води на живі організми, якщо її властивості та склад води не відповідають показникам, встановленим відповідними стандартами та нормативами.

Разом з фізичними та хімічними методами визначення якості води здійснюють органолептичними методами. Це порівняльні методи, за допомогою яких визначають тільки якісні показники (запах, смак, прозорість, кольоровість, каламутність). Умовно органолептичні методи можна віднести до біологічних методів. Вони є суб'єктивними методами. Але, за умови високої кваліфікації та досвіду експерта (дегустатора), можна з достатнім ступенем точності визначити деякі показники якості води. Але й ці методи не дають інформації про можливість негативного впливу води на живі організми.

Біологічні методи основані на використанні біологічних об'єктів і засновані на фіксації реакції живих організмів, клітин тощо. До цих методів належить біоіндикація (спосіб оцінки якості середовища за реакцією на нього живих організмів та їх спільнот) та біотестування (використання у контролюємих умовах біологічних об'єктів (тест-об'єктів) для виявлення та оцінки інтегральної дії факторів (у тому числі, й токсичних) середовища на систему організмів, окремий організм в цілому, його окрему функцію) [1,2]. В основі цих методів є порівняння поведінки тест-об'єктів у середовищі, що вивчається, та, так би мовити, у "чистому" середовищі.

До недоліків біологічних методів належать неможливість визначення кількісних характеристик властивостей і складу води та диференціювання ступеня впливу за певними забруднювачами. Суттєвою перевагою методу є оцінка впливу середовища на живий організм у момент дослідження та наслідків цього впливу в перспективі.

Отже, розгляд особливостей методів оцінки питних вод дозволяє зробити такі висновки: якість питний вода біологічний

- фізичні, фізико-хімічні та хімічні методи дають точну характеристику кількісного та якісного складу води, але не визначають можливі наслідки її впливу на живі організми;

- органолептичні методи дають попередню характеристику, але також не дають оцінки ступеня можливого негативного впливу на живі організми (якщо вода незадовільна за органолептичними показниками, то це не означає, що вона токсична, і навпаки, якщо вода відмінна за органолептичними показниками, то це не означає, що вона нетоксична);

- методи, основані на використанні біологічних об'єктів, визначають ступінь негативного впливу води на живі організми, але при цьому неможливо диференціювати цей вплив за окремими складовими.

При визначенні можливого впливу будь-якого водного середовища або питної води першочерговим є оцінка токсичності. Кількість нових токсикантів збільшується, і дію їх сумішей на живі організми важко передбачити. З огляду на те, що у короткі строки неможливо визначити аналітичними методами вміст усіх небезпечних сумішей, а ГДК установлені не для всіх забруднювачів (до того ж ГДК самі по собі не свідчать про ступінь токсичності води для живих організмів), оцінка якості води, основана на гідрохімічних показниках, не може бути достатньою. Токсичність - це характеристика біологічна і тому не може бути визначена без біологічних об'єктів. Біологічні методи дають інтегральну оцінку шкоди, що викликана сумарним впливом всіх токсикантів [3]. Отже, методи біотестування повинні бути першим етапом у визначенні якості водного середовища і головним - у визначенні можливих наслідків її впливу на живі організми.

Біотестування дає змогу за відповідною реакцією тест-організму отримати інтегральну інформацію за всією сукупності впливових (токсичних) агентів, які чинять вплив на тест-об'єкт. Завдяки простоті, оперативності та доступності, біотестування отримало широке визнання у всьому світі.

На сучасному етапі відома велика кількість методів біотестування, але стандартизованих не так вже й багато (в Україні це тести з прісноводними рибами, ветвистовусими та жаброногими ракоподібними, водоростями, інфузоріями, бактеріями, які світяться [4-7]).

Біотестування можливо проводити на популяційно-видовому, організменному, органо-тканинному, клітинному, субклітинному та молекулярному рівнях. Як правило, тест-об'єкт - це чутливий біологічний елемент, здатний реагувати на зовнішній вплив. Ним можуть бути ферментативні системи, ізольовані органелли, клітини, тканини, окремі органи багатоклітинних організмів, одноклітинні та багатоклітинні організми одного біологічного виду або кількох видів.

Фіксація тест-реакції при біотестування здійснюється за допомогою візуальних спостережень або за допомогою приладів. Так, візуальні спостереження проводяться при визначенні виживаності, плодючості, поведінкової реакції та реакції росту, а прилади застосовують при визначенні іммобілізації клітин, біолюмінесценції, флуоресценції, активності окисних ферментів, зміні фізіолого-біологічних показників мікроскопічних організмів та фізіологічних показників риб. При цьому використовують такі прилади, як мікроскоп, люмінометр, флуоріметр, електрокардіограф або електроенцефалограф, фотоелектрокалориметр, спектрофотометр та спектрометр. Таким чином, спостерігається поєднання біологічних та приладових методів.

Біотестування висуває ряд вимог, дотримання яких є необхідним для отримання достовірних результатів. Серед останніх можна назвати наступні: відносна швидкість проведення досліджень, отримання достатньо точних і відтворюваних результатів, присутність об'єктів, застосовуваних у біотестуванні у великій кількості і з однорідними властивостями, а також діапазон похибки у порівнянні з іншими методами тестування не більше 20%.

Для дотримання всіх перелічених вимог методи біотестування необхідно вдосконалювати, в їх поєднанні з методами, що реалізуються за допомогою приладів. Прилади дають більш точні результати у порівнянні з візуальними спостереженнями, а застосування комп'ютерної техніки дозволяє автоматизувати процес біотестування, прискорити обробку отриманої інформації та забезпечити точність результатів математичних розрахунків.

Необхідністю застосування біологічних методів оцінки якості питної води не викликає сумнівів, але постає питання, - який саме тест-об'єкт використовувати, на якому рівні організації організму зупинитись, щоб ступінь реакції тест-об'єктів на якість питної води максимально наблизився до ступеня впливу води на людину.

На підставі наших досліджень, ми вважаємо, що прикладами найбільш придатних біологічних методів визначення якості питної води є:

автоматизоване визначення рухливої активності інфузорії за допомогою приладу Біотестер-2 [8];

реєстрації параметрів руху мікроорганізмів за допомогою лазерної доплерівської спектроскопії (ЛДС) [9].

Ці методи основані на визначенні рухливої активності мікроорганізмів (інфузорій Paramecium caudate та одноклітинної прісноводної водорості Pedinomonas teniussima Masyuk). Тест-об'єкти є одночасно і клітиною, і організмом, а тому дозволяють дослідити вплив як на клітинному, так і на організменному рівнях: здійснюється облік рухливої активності інфузорії (кількість рухливих клітин в аналізуємій зоні) та параметрів руху водорості (доля рухливих мікроорганізмів, кількість клітин в одиниці об'єму, середня швидкість поступового руху клітин, відносні енерговитрати популяції на рух, зміна чутливості клітин до зовнішнього впливу). Відмінність методів у тому, що у другому варіанті реєструється більша кількість параметрів, що дає змогу більш точного визначення впливу, а також більша експресність методу (1 проба за 2 хвилини на відміну від 15 проб за 1,5 години у першому варіанті).

Висновки

Аналіз методів визначення якості питних вод та вимоги до них показує, що на першому етапі оцінки якості необхідно використовувати біотестування. Серед різних методик біотестування перевага належить методу реєстрації параметрів руху мікроорганізмів за допомогою ЛДС. Оскільки він відповідає всім вимогам, які висуваються до біотестування, а саме: висока швидкість проведення досліду (за кілька секунд визначаються параметри від сотень до десятків тисяч клітин), отримання точних та відтворюваних результатів (облік здійснюється за допомогою комп'ютерної програми, з побудовою графіків та таблиць), присутність тест-об'єкту у великій кількості і з однорідними властивостями (причому використовуються рухливі клітини різного еволюційного рівня - від простіших та мікроводоростей до гамет ссавців), діапазон погрішності при реєстрації параметрів складає 1-2 %. Такі високі показники методу дозволяють його застосовувати для визначення токсичності будь-якого водного середовища і, навіть, для визначення якості питних бутильованих вод, де концентрації домішок досить низькі.

Література

1. Лукьяненко В. И., Карпович Т. А. Биотестирование на рыбах токсичности сточных вод. Метод. рекомендации // АНСССР. Ин-т биохимии внутренних вод им. Папанина. 1989. 96 с.

2. Крайнюкова А. Н. Методы биотестирования вод // АН СССР. Отд-ние Ин-та хим. Физики. Черноголовка, 1988. 127 с.

3. Теоретические вопросы биотестирования / Отв. ред. Лукьяненко. Волгоград, 1983. 195 с.

4. ДСТУ 3959-2000. Охорона довкілля та раціональне поводження з ресурсами: Методики біотестування води. Настанови. Введ. 2001.01.01 - Офіц. вид. К.: Держстандарт України, 2000. IV. 5 c.

5. ДСТУ 4166:2003. Якість води: Випробування за пригніченням росту прісноводних водоростей Scenedesmus subspicatus, Scenedesmus quadricauda, Selenastrum capricornutum (ISO 8692:1989, MOD) / Крайнюкова, Ульянова (розроб.). Офіц. вид. Чинний від 01.07.2004. К.: Держспоживстандарт України. 2004. IV. 12 с.

6. ДСТУ 4168:2003. Якість води: Визначення гострої летальної токсичності на морських ракоподібних (crustacean) (ISO 14669:1999, MOD)/ Котко, Крайнюкова (розроб.). Офіц. вид. Чинний від 01.07.2004. К.: Держспоживстандарт України. 2004. IV. 20 с.

7. ДСТУ 4074-2001. Якість води: Визначення гострої летальної токсичності хімічних речовин та води на прісноводній рибі [Brachydanto rerio Hamilton - Buchanan (Teleostel, Cyprinidae)] (ISO 7346-3:1996, MOD)/ Крайнюкова (розроб.). Офіц. вид. Чинний від 01.07.2003. К.: Державний комітет України з питань технічного регулювання та споживчої політики. 2003. IV. 20 с.

8. http://ntved.nm.ru/.

9. Власенко В. В. Исследование вращательно - поступательного движения сперматозоидов методом лазерной доплеровской спектроскопи / Автореферат диссер., кандидат биол. наук. Киев, 1990. 20 с.

Размещено на Allbest.ru