Тема4_Биотестирование4 (2.4Mб, pptx)
реклама
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
