Transcript Тема4_Биотестирование4 (2.4Mб, pptx)

Биоиндикация
и тесты на
токсичность
Egor Zadereev
PhD (Hydrobiology)
MSc (Env.Sci. and Policy)
[email protected]
Как оценить влияние загрязнения на
здоровье особей, популяций, сообществ,
экосистем?
Биоиндикация
Биотестирование/
Тест на токсичность
Биоиндикация – метод оценки изменений в
организме или экосистеме, связанных с
антропогенными воздействиями. Полученные
результаты можно использовать для оценки
количества загрязнений в окружающей среде,
например в почве, воздухе или воде.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• Биомаркер: любой биохимический,
физиологический, морфологический ,
поведенческий или энергетический ответ
организма на загрязняющее вещество.
• Биоиндикатор: любой ответ на уровне
популяции, сообщества или экосистемы
на загрязняющее вещество.
AIMS OF BIOMARKERS AND
INDICATORS
• Определить условия/состояние системы
• Определить токсиканты
• Разработать и/или оценить стратегии
управления и восстановления
БИОМАРКЕРЫ
• Биохимические маркеры
– Относительно простая связь между
загрязнением и откликом
– Не очевидная связь между откликом и
жизнедеятельностью организма, популяции,
сообщества или экосистемы. Низкая
экологическая значимость.
– Многие очень чувствительны: могут
использовать как сигнал раннего
предупреждения
БИОМАРКЕРЫ II
• Физиологические
– Относительно понятная связь между загрязнением и
откликом
– Неплохая связь между откликом и реакцией организма,
популяции или сообщества.
• Организм как биомаркер
– например, размножение, смертность
– Могут реагировать не только на загрязнение
– Наилучшая связь между зафиксированной реакцией и
состоянием организма, популяции или сообщества
БИОИНДИКАТОР
• Популяция
– Изменение численности
– Изменение возрастного распределения
– Изменение генотипов
• Сообщество
– Изменения в структуре
– Изменения в численности
– Изменения в богатстве видов (биоразнообразие)
• Экосистема
– Изменения в потоках элементов (C, N)
Проблемы с биоиндикаторами
• Трудно установить связь между
причиной и следствием
• Трудно разделить вклад различных
факторов
• Трудно интерпретировать результаты в
пространстве и времени
• Трудно определить и найти точку для
сравнения
ТЕСТЫ НА ТОКСИЧНОСТЬ
• Информация стандартного теста на
токсичность: ожидаемый эффект от
определенного уровня загрязнения
Общие сведения
• Тесты на токсичность варьируют от
тестов с клеточными культурами до
экосистемных откликов
• Большинство тестов можно разделить
на два класса
– Одновидовые
• Относительно дешевые и быстрые, меньше
экологической адекватности
– Многовидовые
• Более дорогие и долгие, ближе к окружающей
среде
Когда нужны тесты на
токсичность?
• Установить нормативы для качества воды;
• Мониторинг сбросов в водные экосистемы;
• Государственный мониторинг состояния водных
объектов;
• Оценка воздействия на окружающую среду от новых
технологий или предприятий;
• Оценка состояния водоемов.
Одновидовой тест на
токсичность
• Daphnia 48-часовой острый тест
– Наиболее часто используемый тест
– Три вида
• Daphnia magna
• Ceriodaphnia dubia
• Daphnia pulex
Daphnia magna тест на
токсичность
Одновидовой тест на
токсичность
• Водорослевой 96-часовой тест
– Оценка токсичности для пресноводных и
морских водорослей
– Водоросли крайне важны для биосферы 
производят большую часть первичной
продукции в водных экосистемах  влияние
на водоросли может сказаться на высших
трофических уровнях.
Водорослевый тест на
токсичность
Многовидовой тест на
токсичность
• Острый тест на токсичность с водными организмами
– Многовидовой с использованием рыб, амфибий,
беспозвоночных
– Оценивается смертность или обездвиживание
– Труднее культивировать и поддерживать культуры всех
видов
• Многие организмы возможно требуют адаптации к
лабораторным условиям
• Больше вариабельности в результатах за счет разнообразия
видов
• Местные виды могут быть лучшим индикатором, чем
универсальные тест объекты
Культура гольяна
Микрокосмы и мезокосмы
– Микрокосмы
•
•
•
•
Небольшие (обычно их можно переносить)
Собраны чтобы содержать определенные виды
Дешевые, легко воспроизвести
Средний уровень реализма
– Мезокосмы
•
•
•
•
Большие (пруды/бассейны)
Могут включать случайные виды
Дорогие, трудно поддерживать
Высокий уровень реализма
Microcosms
Mesocosms
Тесты на токсичность
Проблемы
– Очень часто загрязняющее вещество не
известно
– Обычно много загрязнителей
– Обычно много стресс факторов (природных и
антропогенных)
– Виды в природе отличаются от тест-видов
– Токсичность зависит от многих факторов
Жизненный цикл зоопланктона
Роль покоящихся яиц
To survive unfavorable conditions
To disperse population
To enlarge genetic diversity
To support biodiversity
Банк яиц на дне водоема
Донные осадки – аккумулируют все включая
токсиканты
Тяжелые металлы
Органическое
загрязнение
Пестициды
Радиоактивные вещества
Банк яиц на дне
Проект
Оценить эффект токсинов на выживаемость
покоящихся яиц и последующие эффекты на
индивидуальных особей и на популяцию
Тяжелые
металлы
Радиоактивное
излучение
Три стадии: Первая
Heavy metals
Different
concentrations/activities
Radioactive particles
Время
Донные осадки
Выход из яиц
Получить дозовые кривые
Индивидуальные
эффекты
• Плодовитость
• Продолжительность
жизни
• Скорость роста
Три стадии: Вторая
Донные осадки из
разных мест
Time
Natural sediments
Hatching rate
Протестировать эффект
природного загрязнения
Individual effects:
Fecundity
Life expectancy
Growth rate
Три стадии: Третья
Heavy metals
Sediments
from different
Different
locations with different levels
of
concentrations/activities
pollution
Radioactive
particles
Time
Artificial sediments
Протестировать
популяционные эффекты
Популяционные эффекты:
Скорость роста
Структура
Влияние излучения
137Cs
Выживаемость яиц
Скорость
размножения рачков
Летальные дозы для человека – 2-3 Гр
Влияние тяжелых металлов
(Cd)
Острый тест – LC50 0.2 мг/л
Хронический тест –
EC50 – 0.005 мг/л
Покоящиеся яйца –
до 500 мг/л нет
эффекта