Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод

Представлены научно-теоретические основы биотестирования природных и питьевых вод. Рассмотрено структурное построение процедуры биотестирования в целом и методические подходы оценки качества вод с низким уровнем загрязнения в частности. Даны определения процесса биотестирования и охарактеризованы фи...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автори:	Гончарук, В.В., Коваленко, В.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України 2012
Назва видання:	Химия и технология воды
Теми:	Биологические методы очистки воды
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130701
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод / В.В. Гончарук, В.Ф. Коваленко // Химия и технология воды. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 171-178. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-130701
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1307012018-02-20T03:03:17Z Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод Гончарук, В.В. Коваленко, В.Ф. Биологические методы очистки воды Представлены научно-теоретические основы биотестирования природных и питьевых вод. Рассмотрено структурное построение процедуры биотестирования в целом и методические подходы оценки качества вод с низким уровнем загрязнения в частности. Даны определения процесса биотестирования и охарактеризованы физико-химические факторы, влияющие на формирование результата биотестирования. Приведены примеры положительного опыта применения комплексного биотестирования природных и питьевых вод. Надані науково-теоретичні засади біотестування природних та питних вод. Розглянута структурна побудова процедури біотестування в цілому і методичні підходи оцінки якості вод з низьким рівнем забруднення зокрема. Подано визначення процесу біотестування та охарактеризовані фізико-хімічні фактори впливу на формування результату біотестування. Наведені приклади використовування комплексного біотестування природних та питних вод. Provided scientific and theoretical basis of natural and biological testing of drinking water. The structural construction procedures bioassays in general and methodological approaches assess water quality with low pollution in particular. Filed defining bioassays and characterized physical-chemical factors influence the outcome of bioassays. The examples of the use of complex natural and biological testing of drinking water. 2012 Article Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод / В.В. Гончарук, В.Ф. Коваленко // Химия и технология воды. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 171-178. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130701 574.68 (28) ru Химия и технология воды Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Биологические методы очистки воды Биологические методы очистки воды
spellingShingle	Биологические методы очистки воды Биологические методы очистки воды Гончарук, В.В. Коваленко, В.Ф. Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод Химия и технология воды
description	Представлены научно-теоретические основы биотестирования природных и питьевых вод. Рассмотрено структурное построение процедуры биотестирования в целом и методические подходы оценки качества вод с низким уровнем загрязнения в частности. Даны определения процесса биотестирования и охарактеризованы физико-химические факторы, влияющие на формирование результата биотестирования. Приведены примеры положительного опыта применения комплексного биотестирования природных и питьевых вод.
format	Article
author	Гончарук, В.В. Коваленко, В.Ф.
author_facet	Гончарук, В.В. Коваленко, В.Ф.
author_sort	Гончарук, В.В.
title	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод
title_short	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод
title_full	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод
title_fullStr	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод
title_full_unstemmed	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод
title_sort	теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод
publisher	Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В. Думанського НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Биологические методы очистки воды
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/130701
citation_txt	Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод / В.В. Гончарук, В.Ф. Коваленко // Химия и технология воды. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 171-178. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series	Химия и технология воды
work_keys_str_mv	AT gončarukvv teoretičeskieaspektybiotestirovaniâprirodnyhipitʹevyhvod AT kovalenkovf teoretičeskieaspektybiotestirovaniâprirodnyhipitʹevyhvod
first_indexed	2025-07-09T14:05:49Z
last_indexed	2025-07-09T14:05:49Z
_version_	1837178505682485248
fulltext	ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 171 В.В. ГОНЧАРУК, В.Ф. КОВАЛЕНКО, 2012 УДК 574.68 (28) ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ И ПИТЬЕВЫХ ВОД В.В. Гончарук, В.Ф. Коваленко Институт коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думанского НАН Украины, г. Киев Поступила 12. 07. 2011 г. Представлены научно-теоретические основы биотестирования природных и питьевых вод. Рассмотрено структурное построение процедуры биотести- рования в целом и методические подходы оценки качества вод с низким уров- нем загрязнения в частности. Даны определения процесса биотестирования и охарактеризованы физико-химические факторы, влияющие на формирование результата биотестирования. Приведены примеры положительного опыта применения комплексного биотестирования природных и питьевых вод. Ключевые слова: биотестирование вод, методические подходы, оценка качества питьевых вод, физико-химические факторы. Введение. Одним из важных направлений прикладной экологии яв- ляется разработка эффективных биологических методов оценки состоя- ния гидросферы, загрязнение которой токсическими веществами в на- стоящее время приобрело комплексный характер. Даже при определении содержания всех загрязняющих веществ в поверхностных водах, такая информация остается недостаточной для каких-либо прогнозов, так как токсикометрические параметры установлены лишь для незначительной части этих веществ. Кроме того, результат комбинированного действия двух и более токсических веществ, имеющихся в исследуемом образце в небольших количествах, предвидеть достаточно сложно. Так, нетокси- ческие вещества при изолированном действии могут вызывать значитель- ный патологический эффект при их комбинировании. Поэтому для оценки токсичности природных вод, в том числе и питьевых, используют тесты на различных животных и растительных организмах. Предоставляя мало информации о природе поллютанта, биотестирование дает возможность с большей достоверностью определить степень интегральной токсично- сти объекта исследования. Методы биотестирования обладают высокой чувствительностью, экспрессностью, надежностью, универсальностью и малой себестоимос- тью. Они просты в проведении, поддаются инструментализации и автома- 172 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 тизации, а их результаты легко интерпретируемы. В отличие от химичес- ких и физико-химических методов анализа, биотестирование позволяет прогнозировать интегральное воздействие исследуемой воды на живые организмы, поскольку реакция биологической тест-системы зависит не только от отдельных токсических соединений, содержащихся в объекте исследования, но и от их взаимодействия между собой. Следует также от- метить, что по сравнению с биотестами на высших теплокровных живот- ных они обладают значительными преимуществами в экономической, ме- тодической и этической сферах. Недостаточность теоретического описания биотестирования на жи- вотных и растительных организмах влечет за собой разнообразные про- блемы в практическом воплощении конкретных методик. Тест-организ- мы зачастую подбираются без учета их биологических особенностей. Они культивируются на нестандартных средах и в произвольных условиях; во многих методиках процесс подготовки тест-системы к анализу отсут- ствует как таковой; уровень чувствительности у биотестов далеко не все- гда соответствует поставленным задачам. Используемые критерии для оценки степени проявления тест-реакции в ряде случаев имеют малую информативность по сравнению с альтернативными. Все это приводит к искажению результатов, неверной их интерпретации, снижению объек- тивности выводов, а иногда и к дискредитации биотестирования как ме- тода научного исследования. По этим причинам в настоящее время особую важность приобретает вопрос о комплексном подходе в биотестировании. В первую очередь необходим глубокий теоретический анализ этой группы методов. Созда- ние единой концепции оценки качества водной среды по реакции тест- организмов должно способствовать развитию, стандартизации и унифи- кации уже разработанных методов, а также созданию новых, более совершенных. Комплексное рассмотрение биологических тестов позволило нам вычленить их общие черты и составить универсальную формулировку определения, в котором преодолены проблемы узости сферы использо- вания биотестирования и адекватности описания биологической осно- вы, на которой проводится тест. Итак, биотестирование – это оценка свойств изучаемого объекта по его воздействию на биологическую тест- систему в стандартных условиях. Данная формулировка включает в сфе- ру рассмотрения любые методы, в которых для изучения какого-либо яв- ления используются биологические объекты. Это позволяет анализировать и сопоставлять с единой точки зрения биологические те- сты, применяемые в разных областях [1]. Введение понятия "тест-система " не является случайным. Как пра- вило, для обозначения живого элемента, на котором проводится биоло- ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 173 гическое тестирование, используют иные понятия, как, например, "тест- организм" и "тест-объект". Между тем в общем случае мы имеем дело не просто с отдельными организмами, а с биологической системой с внут- ренней структурой, определяемой связями между ее биологическими элементами и средой, в которой они находятся. Такая система может со- стоять из группы организмов одного вида, сообщества нескольких ви- дов, целой экосистемы, или же может включать отдельные органы и тка- ни организма, культуру клеток, изолированные органеллы, ферменты и др. Эти биологические элементы распределены в среде и заключены в определенном объеме. Именно тест-система, а не просто отдельные жи- вые организмы, является центральным элементом процесса биотестиро- вания, и уяснение сути этого термина дает ключ к научному пониманию процесса биотестирования как такового, а следовательно, и к целенап- равленному управлению им. Тест-система – это пространственно ог- раниченная совокупность чувствительных биологических элементов и среды, в которой они находятся. Принцип, лежащий в основе биотестирования как процесса преоб- разования материального потока в информационный, можно представить в виде схемы (рисунок). Исследуе- мый образец воды Факт ор Тест- система Тест- реакция Тест- кретерий Оценка качества образца Управляющие факторы Шумовые факторы Принципиальная схема биотестирования. Процесс постановки биологического теста начинается с того, что ис- следуемый образец переводят в состояние, удобное для проведения экс- перимента, т.е. получают действующую форму, после чего осуществля- ют ее контакт с тест-системой. На тест-систему действуют три группы 174 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 факторов. Первая группа объединяет факторы исследуемого образца. К ним, например, относятся токсические вещества, которые содержатся в исследуемом объекте. Воздействие факторов этой группы и подлежит оценке в процессе биотестирования, т. е. является целевым. Вторая груп- па факторов объединяет различные посторонние воздействия и "шумо- вые" помехи. Это могут быть изменения температуры, освещения и про- чих условий, которые сказываются на состоянии тест-системы. Данные факторы не всегда удается учитывать и устранять, тем не менее необхо- димо стремиться к минимизации их воздействия. К третьей группе фак- торов относятся разнообразные воздействия, которые наносят на тест- систему намеренно с целью регулирования ее чувствительности. Они играют роль физиологической нагрузки и их применение может повы- сить чувствительность тест-систем на один – два порядка. В результате действия всех указанных факторов тест-объекты и вся тест-система в целом претерпевают некоторую трансформацию, что про- является в изменении состояния тест-системы и появлении ряда реак- ций на различных уровнях ее функционирования. Данные реакции раз- личаются по чувствительности, скорости проявления, легкости наблюдения и другим параметрам. Одну или несколько из этих реакций выбирают в качестве тест-реакции. Этот термин можно определить сле- дующим образом. Тест-реакция – это одна из закономерно возникаю- щих ответных реакций тест-системы на воздействие комплекса вне- шних факторов, выбранная для анализа состояния данной тест-системы. По степени проявления тест-реакции судят о свойствах (качествах) исследуемого водного образца. Степень проявления тест-реакции опре- деляют по некоторому критерию. При этом одной реакции может соот- ветствовать несколько различных критериев. Например, исследуя тест- реакцию гибели организмов, можно регистрировать либо количество погибших особей за определенный промежуток времени, либо время, в течение которого погибает определенная часть задействованных в опы- те животных [2]. Тест-критерий – это показатель, на основании кото- рого оценивают изменение состояния тест-системы, находящейся под воздействием комплекса внешних факторов. Таким образом, основной результат биотестирования – оценка свойств исследуемого объекта зависит от ряда факторов [3]: способа донесения действующего начала до тест-системы, характеристик самой тест-систе- мы (вид тест-организмов, из которых состоит тест-система; их количе- ство; состояние в момент тестирования и состав среды, в которой они находятся), комплекса посторонних воздействий, выбранной тест-реак- ции и способа ее наблюдения, тест-критерия и, наконец, квалификации исследователя. ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 175 Воздействия на тест-систему. В общем случае ответные реакции формируются в тест-системе, как результат целого комплекса внешних воздействий. Основным из них, интересующим исследователя в пер- вую очередь, является фактор изучаемого образца. Как правило, прак- тические работники имеют дело с комплексным загрязнением исследу- емой воды. И ценность биотестирования во многом обусловлена возможностью проводить оценку интегральной токсичности объекта исследования. Однако проблема действия смесей токсических веществ на живые организмы все еще остается недостаточно изученной. При- нято считать, что токсичность при комбинированном воздействии не- скольких различных веществ в общем случае не является аддитивной величиной. Некоторые токсические вещества в сочетании с другими способны снижать воздействие, а иные, не являясь сами по себе токси- ческими, могут его увеличивать. Важно, что только методы биотести- рования способны дать адекватное представление о воздействии сме- сей различных химических веществ в воде на живые системы. Практическая реализация научных основ биотестирования. Од- ной из задач, стоявших перед авторами, явилась разработка комплексного подхода в биотестировании вод с низким уровнем загрязнения – природ- ных и питьевых вод. Применение батареи животных и растительных тест- организмов позволяет определять качество водных образцов с высокой эффективностью, экспрессностью, низкой себестоимостью и не требует привлечения специалистов высокой квалификации. В лаборатории биоте- стирования Института коллоидной химии и химии воды им. А.В. Думан- ского НАН Украины созданы условия, которые позволяют осуществлять полный цикл мероприятий по систематическому культивированию 5 – 6 линий тест-организмов с помощью стандартных технических средств, имеющихся в любой специализированной лаборатории. Естественно, что биотестирование, особенно при использовании одиночных биотестов, должно применяться совместно с методами ана- литической химии, а в случаях оценки риска для здоровья человека изу- чаемых водных проб – с результатами стандартных санитарно-гигие- нических методик. Однако перспективность и эффективность биологического подхода для экспресс-анализа качества различных ти- пов вод, а также оценки токсичности растворенных веществ не вызы- вают сомнений. С целью наиболее эффективного анализа качества природных и пи- тьевых вод различного происхождения методами биотестирования под- бираются тест-организмы, как правило, гидробионты, которые отвечают определенным требованиям. Критерии отбора, оптимальные для конк- ретных условий и в то же время простые для использования набора био- тестов, следующие: 176 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 – наличие тест-организмов не менее двух трофических уровней. Это тот минимум, который обеспечит необходимый спектр чувствительнос- ти к воздействиям токсических веществ; – биотесты из набора должны обладать высокой чувствительностью на действие многих токсических веществ, видоспецифичность тестов по чувствительности к действию различных агентов должна дополнять друг друга; – методы биотестирования должны быть стандартизированными и легко воспроизводимыми. При тестировании сточных и загрязненных природных вод не возника- ет трудностей с получением четкого и достоверного ответа тест-организмов на токсичность водной среды. А определить качество вод с низким уровнем загрязнения или питьевых вод возможно только с подключением чувстви- тельных тест-функций, изменения которых при действии неблагоприятных факторов начинаются задолго до гибели тест-объекта. Из стандартизированных биотестов для оценки качества питьевых вод рекомендуется применение методов биотестирования с помощь ветвистоусых рачков: дафний (Daphnia magna) и цериодафний (Ceriodaphnia affinis). Эти методы детально разработаны Украинским научно-исследовательским институтом экологических проблем Мин- экоресурсов и утверждены как национальные стандарты Украины: ДСТУ 4173:2003 и ДСТУ 4174:2003 [4,5]. Украинские стандарты соот- ветствуют в модифицированной форме международным стандартам – ISO 6341:1996 и ISO 10706:2000 [6,7]. Сущность методов заключается в регистрации разницы между выживаемостью или плодовитостью даф- ний и цериодафний в исследуемых водах и водной средой, в которой тест-организмы культивируются (контроль). Критерием острой леталь- ной токсичности является гибель 50% и более особей дафний или це- риодафний в опыте по сравнению с контрольными показателями. Ос- новной принцип биотестирования основан на адаптации тест-организмов к "образцовым" условиям культивирования, и при пе- реносе их в другие исследуемые условия – регистрации наличия тест- реакций. Этот принцип предложен Н.В. Тимофеевым-Ресовским [8] на примере плодовой мушки (Drosophila melanogaster) с регистрацией ге- нетических изменений. Методики биотестирования достаточно просты, не требуют дорогостоящего специального оборудования, информатив- ны и экспрессивны. Кроме ракообразных в батарею биотестов включены и кишечнопо- лостные – пресноводная гидра (Hydra attenuata), рыбы данио рерио (Brachidanio rerio), а также эмбриогенез их яйцеклеток, и представитель растительных организмов – озимая пшеница (Triticum durum) сорта "Ми- роновская 808". ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 177 Используя ряд растительных и животных тест-объектов, а также ци- тологические и генетические методики, проделан большой объем работ по оценке качества различных питьевых вод: водопроводной, обессолен- ных [9], артезианских бюветных [10], а также около 50 марок бутилиро- ванных вод [11, 12]. Полученные результаты биотестирования объектив- но отражают качество исследованных питьевых вод и подтверждаются данными химико-аналитических методик. Выводы. Изучены основные теоретические аспекты биотестирова- ния как метода токсикологического анализа природных и питьевых вод. Они включают в себя: – связанную систему оригинальных определений основных терми- нов, используемых в биотестировании; – схему постановки биологического теста как процесса превраще- ния материального потока, представленного исследуемым водным об- разцом и его действующей формой, в информационный, результатом ко- торого является оценка этого образца; – описание внутренней структуры тест-системы как центрального звена процесса биотестирования, а также трех групп факторов внешних воздействий на тест-систему; – пути оптимизации, стандартизации и управления тест-системой и процессом биотестирования в целом. Приведены примеры положительного опыта использования методов биотестирования для оценки качества природных и питьевых вод. Резюме. Надані науково-теоретичні засади біотестування природних та питних вод. Розглянута структурна побудова процедури біотестуван- ня в цілому і методичні підходи оцінки якості вод з низьким рівнем заб- руднення зокрема. Подано визначення процесу біотестування та охарактеризовані фізико-хімічні фактори впливу на формування резуль- тату біотестування. Наведені приклади використовування комплексного біотестування природних та питних вод. V.V. Goncharuk, V.F. Kovalenko THEORETICAL ASPECTS OF BIOASSAYS OF NATURAL AND DRINKING WATERS Summary Provided scientific and theoretical basis of natural and biological testing of drinking water. The structural construction procedures bioassays in general and methodological approaches assess water quality with low pollution in 178 ISSN 0204–3556. Химия и технология воды, 2012, т. 34, № 2 particular. Filed defining bioassays and characterized physical-chemical factors influence the outcome of bioassays. The examples of the use of complex natural and biological testing of drinking water. Список литературы [1] Лесников Л.А. // Теоретические вопросы биотестирования. – Волгоград, 1983. – С.3 – 12. [2] Строганов Н.С. // Критерий токсичности и принципы методик по водной токсикологии. – М., 1973. – С.14 – 29. [3] Флеров Б.А. // Теоретические вопросы биотестирования. – Волгоград, 1983. – С.13 – 29. [4] ДСТУ 4173:2003. Визначення гострої летальної токсичності на Daphnia magna Straus та Ceriodaphnia affinis Lilljeborg (Cladocera, Crustacea). – Київ: Держспоживстандарт України, 2004. – 17 с. [5] ДСТУ 4174:2003. Визначення хронічної токсичності хімічних речовин та води на Daphnia magna Straus і Ceriodaphnia affinis Lilljeborg (Cladocera, Crustacea). – Київ: Держспоживстандарт України, 2004. – 22 с. [6] ISO 6341:1996. Water quality – Determination of the inhibition of the mobil- ity of Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea) – Acute toxicity test. [7] ISO 10706:2000. Water quality – Determination of long term toxicity of sub- stances Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea). [8] Тимофеев-Ресовский Н.В., Воронцов Н.Н., Яблоков А.В. Краткий очерк теории эволюции. – М.: Наука, 1978. – 408 с. [9] Архипчук В.В., Гончарук В.В. // Химия и технология воды. – 2003. – 25, №2. – С.191 – 200. [10] Ісламов В.О., Вергаляс М.Р., Мосійчук Т.В. //Оцінка якості артезіанських та бутильованих питних вод методами біотестування. Охорона водного басейну та контроль якості води. – Київ, 2004. – С.121 – 124. [11] Архипчук В.В., Гончарук В.В. // Химия и технология воды. – 2004. – 26, №5. – С.485 – 525. [12] Гончарук В.В., Архипчук В.В., Терлецька Г.В., Корчак Г.І. // Вісн. НАН України. – 2005. – №3. – С.47 – 58.

Теоретические аспекты биотестирования природных и питьевых вод

Репозитарії

Схожі ресурси