Биологический мониторинг качества воды

курсовая работа

2.1 Биотесты

Исследование питьевой воды на токсичность, или биотесты, - это преимущественно тесты на принудительное усвоение вредных веществ водорослями и бактериями, фиксируемое в эксперименте.

Проверяемую воду в течение суток последовательно насыщают испытуемыми организмами и измеряют концентрацию кислорода О2 в воде (у водорослей, чтобы определить изменение интенсивности фотосинтеза, а у бактерий, чтобы установить ход потребления ими кислорода).

Для определения концентрации растворённых в питьевой воде вредных веществ используют зелёные водоросли Haematococcus pluvialis. Тестируемая вода смешивается с эквивалентным количеством водорослей, и через 2 часа измеряется содержание О2 в ней. Chlorella pyrenoidosa применяется при определении остаточной концентрации гербицидов, замедляющих фотосинтез в воде и почве.

Выводы о качестве воды также можно сделать в течение 21 дня в процессе наблюдения за поведением таких видов водорослей, как Chlamydomonas gelatinosa и сине-зелёных водорослей Microcystis aeroginosa.

Постановка эксперимента при исследовании воды с водорослями (1) и дафниями (2)

Титр биомассы водорослей (БМТВ): для определения степени загрязнения воды в пробу воды добавляют зелёные водоросли Scenedesmus quadricauda, и через 10 суток определяют мутность воды и сравнивают с контрольной пробой.

При титровании биомассы бактерий (БМТБ) соответствующим образом используют Escherichia coli. Гетеротрофная бактерия способна поглощать неминерализованный азот, а также она применяется для определения концентрации органических загрязнений в воде.

Тест с пластинкой с отверстием: в центре круглой пластинки из питательного агара с нанесёнными на него бактериями выштамповывается отверстие, заполняемое отфильтрованной стерильной пробой воды. Вредные вещества диффундируют в агар и замедляют рост бактерий.

Полученную через 24 часа инкубации степень помутнения можно рассматривать в качестве меры токсичности.

Ames-тест: чтобы оценить вещества как возбудитель рака, в бедную гистидином среду высевают бактерии, неспособные синтезировать аминокислотный гистидин. Чтобы размножиться, они вынуждены мутировать в присутствии проверяемого вещества.

Ames-тест

На изображении показана контрольная пластина без тест-вещества (слева внизу), с тест-веществом (справа внизу) и при подсчёте количества колоний бактерий (справа сверху).

Однако нужно отметить, результаты данного эксперимента невозможно напрямую применить по отношению к человеку.

При проведении теста на биологическую разлагающую способность бактерии инкубируют в течение 28 суток в минеральном растворе с тем единственным веществом, которое подлежит проверке и представляет собой единственный источник питания для них. Степень разложения растворенного органического вещества (РОУ = растворенный органический углерод, другими словами - углерод органического происхождения) оценивается по количеству образованного СО, или уменьшению количества О2.

Биологически легко разлагающиеся вещества -- это те вещества, у которых достигается 60--70% полного разложения РОУ.

Биологически трудно разлагающиеся вещества должны тестироваться при более высоких концентрациях бактериальной массы и в течение более длительного инкубационного периода. При этом необходимо проверять, разложились ли вещества полностью или образовались стабильные промежуточные продукты. Тест с водяными блошками (дафниями) может проводиться как:

- статический тест в течение 24 часов без смены среды;

- полустатический тест в течение 14 или 21 суток со сменой раствора через каждые двое суток;

- динамический тест с непрерывной сменой раствора.

Используют дафний в возрасте от 6 до 24 часов, подмешивая их в ряду последовательно изменяющихся концентраций к водным пробам (1 дафния на 2 мл раствора) и сравнивая с контрольными смесями. Эти тесты пригодны для питьевой и речной воды, а также при контроле сточных вод в месте их сброса.

Есть три применяемых на практике эксперимента по определению с помощью дафний токсичности среды.

Эксперимент №1.

Через 24 часа пересчитывают погибших дафний (все дафнии, которые при легком покачивании сосуда не делают попыток плыть), Мера токсичности среды -- выживаемость дафний, отнесенная к летальной концентрации ЛК50 (концентрация тестируемого вещества, при которой погибает 50% дафний).

Эксперимент №2.

В отличие от эксперимента №1, в этом эксперименте дафний подкармливают. Через 7--10 дней из икринок должны появиться мальки. Их пересчитывают через каждые 2 дня и удаляют. Смертность, прирост и численность сравниваются с контрольным опытом.

Эксперимент №3.

Через контрольную камеру объемом 50 мл с 25 дафниями за 24 часа протекает 200 мл/ч раствора. Динамический тест намного чувствительнее, чем статический. В автоматизированном варианте плавательная активность дафний проверяется в затемненной экспериментальной камере методом светового барьера. При отсутствии пересечения дафниями светового луча срабатывает предупредительный сигнал.

Биотест с рыбами: в опыте с острым отравлением испытывается ядовитость вещества при его воздействии на объект в течение 48 или 96 часов без смены среды. Определяют ЛК50 и фиксируют ЛК0 и ЛК100. ЛК0 -- это максимальная концентрация, при которой на протяжении опыта все рыбы остаются в живых, а ЛК100 -- это минимальная концентрация, при которой все рыбы погибают.

Для повышения чувствительности теста и фиксации сублетальных исходов разработан тест с вращающейся камерой.

Типичное поведение рыб, когда они удерживаются против течения, навстречу ему головой, быстро нарушается даже при легком отравлении. Чтобы рыбы не уставали, попеременно меняют горизонтальное течение на вертикальное. Наблюдают и используют для оценки плавательное поведение рыб в фазах спокойствия и стресса.

В биотестах с рыбами всплывание на поверхность считается критерием загрязнения среды.

Делись добром ;)