Курсовая работа: Токсикометрия нефтезагрязнений с использованием микроорганизмов
Толерантный лимит (tolerance limit, TLm) – количественное выражение концентрации токсина, при которой гибнет или выживает 50% тест-организмов за 48 ч опыта.
Токсикорезистентность (toxin resistance) – сопротивляемость живых организмов к воздействию токсических веществ.
Токсикометрия (toxicometry) совокупность приемов оценки токсичности веществ. Основными приемами токсикометрии являются установление минимально переносимой или пороговой (threshold concentration) концентрации (LC0 ), медианной летальной концентрации (LС50 ), или дозы (LD50 ), и зоны токсического действия (toxic effect limits) - диапазона токсических концентраций - от LC0 до абсолютно летальной (LC100 ).
Биомаркеры – это организмы и их характеристики, которые позволяют диагностировать текущее состояние окружающей среды. В качестве характеристик могут выступать физиологические, биохимические, иммунологические и другие свойства (процессы) организмов.
Биоиндикация (bioindication) – метод определения качества среды обитания организмов по видовому составу и показателям количественного развития видов биоиндикаторов и структуре образуемых ими сообществ.
Биоиндикатор (bioindicator) – организм, вид, популяция, сообщество, характеризующиеся специфическими особенностями обитания или указывающие на специфические изменения условий среды. Биоиндикаторы делят на следующие группы:
1. Индивидуальные: размер особей, плодовитость, наличие аномальных особей и т.д.
2. Процессы: увеличение или уменьшение скоростей процесса (например, скорости фотосинтеза).
3. Структурные: видовая структура, число толерантных (интолерантных видов), биотические индексы и т.д.
4. Экосистемные: видовое разнообразие, видовая структура.
Биоиндикаторы загрязнения (bioindicators of contamonation) - 1) организмы, которые поглощают (накапливают) токсические вещества и способны в силу этого быть показателями загрязненности воды данным веществом; 2) организмы, свидетельствующие о загрязненности воды. По набору таких организмов в водоеме судят о качестве воды (Кузьменко и др., 1999).
В отличие от биомаркеров, биоиндикаторы не могут мгновенно реагировать на изменение экологических условий, т.к. их индикаторными свойствами являются популяционные процессы и процессы в сообществе в целом. Основным преимуществом биоиндикаторов перед биомаркерами является тот факт, что далеко не всегда кратковременное изменение условий, на которое реагирует биомаркеры, приводит к негативным изменениям в популяциях, сообществах и экосистемах.
Количественные меры токсичности веществ для живых организмов- это показатели острой токсичности NOEC, LC0, LC50, LC100, устанавливаемые для «чистого» вещества при его лабораторном исследовании. Показатели не имеет универсального значения и устанавливается для каждого тест-объекта индивидуально. NOEC - no observed effect concentration – максимально недействующая концентрация вещества; LC0 - минимальный порог чувствительности, при котором отмечаются специфические тест-реакции или смертность тест-объектов; LC50 - стандартная мера токсичности вещества, показывающая, какая концентрация вещества вызывает гибель 50% тест-организмов за установленное время (24, 48 или 96 ч);LC100 – высший смертельный порог для всех животных или тест-культуры водорослей, использованных в опыте.
Биотестирование, как правило, используют до химического анализа, т.к. этот метод позволяет провести экспресс-оценку природной среды и выявить «горячие точки», указывающие на наиболее загрязненные участки акватории (территории, полигона). На участках, где методами биотестирования выявлены какие-либо отклонения, и исследуемая среда характеризуется как токсичная, аналитическим путем необходимо установить причины этого явления.
Существует два методических подхода для определения токсичности почв. Для экспресс-диагностики используют водные экстракты, содержащих водорастворимые фракции почв. В этом случае биотестирование выполняют на традиционных для водной токсикологии тест-объектах – ракообразных, инфузориях, водорослях. При необходимости исследовать фитотоксические свойства почв в качестве тест-объектов используют семена культурных растений – овса, кресс-салата и др. В этом случае показателями токсичности служат энергия прорастания семян, морфометрические характеристики листа и др.
Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами может быть охарактеризовано по их содержанию в тканях живых организмов. Так, в тканях рыб и моллюсков из Северной Балтики (Финский архипелаг) определяли алифатические и ароматические углеводороды (Paasivirtaetal., 1981).
Хромато-масс-спектрометрический анализ тканей мидий, выловленных в районе Севастопольской бухты, показал наличие насыщенных и ароматических углеводородов, состав которых соответствовал деградировавшим нефтепродуктам в интервале температур кипения дизельного топлива (Савчук, 1995).
1.4 Использование микроорганизмов в токсикометрии
Использование в качестве аналитических индикаторов микроорганизмов нередко является единственно надежным методом определения малых количеств веществ, так как основано на прямом воздействии химического вещества на живую клетку. Ответная реакция микробной культуры на изменение состава среды представляет собой среднее из показателей миллионов отдельных организмов, что обеспечивает наиболее объективные и достоверные результаты.
Однако микробиологические методы недостаточно разработаны как методически, так и в плане инструментального обеспечения. Растущие масштабы их применения для решения разнообразных аналитических задач в медицине, экологии, в фармацевтической, пищевой и парфюмерной промышленности, а также в системе лабораторий, контролирующих качество природных и сточных вод (Nicolas, 1966; Kochetal., 1964; Kavanagh, 1963; Brownetal., 1976) требуют современного аппаратурного оснащения и автоматизации. В связи с этим интересно рассмотреть индикаторные свойства микроорганизмов с точки зрения способов трансформации их в аналитический сигнал, регистрируемы и с привлечением технических средств.
Под действием химических веществ различных концентраций могут изменяться морфологические, культуральные и физиолого-биохимические свойства микроорганизмов. Например, в присутствии сублетальных концентраций катионов тяжелых металлов изменяются почти все перечисленные свойства микробных клеток, их форма, размеры, ослабляются ростовые процессы, понижается ферментативная активность, интенсивность дыхания (Сенцова и др.,1985). Под действием Ni2+ на морскую бактерию Artrobacter тariпиs значительно увеличиваются размеры клеток: при концентрации Ni2+ 4*10-4 моль объем их за 4.5 ч возрастает в 250 раз (Gobetetal., 1970). В процессе роста бактерий и дрожжей на среде, содержащей медь, размеры клеток уменьшаются (Авакян, 1973). В присутствии комплексных ионов платины клетки Е. coliприобретают нитевидную форму (Rosenbergetal.,1967).
Многие токсические вещества вызывают появление у бактерий слизистой