Biondikacijos

228 0

BIOINDIKACIJOS SAMPRATA

BIOINDIKACIJA

Bioindikacija: aplinkos poveikio biologiniams objektams ar sistemoms vertinimas pagal jų reakciją į poveikį.

Bioindikacijoje taikomi: fitoindikaciniai, dendroindikaciniai, lichenoindikaciniai aplinkos

būklės vertinimo metodai, biotestavimas.

Metodai sudaro galimybę: tiesiogiai įvertinti ilgalaikį integruotą viso neigiamų veiksnių

komplekso poveikį gyvajai gamtai; spręsti apie realų susidariusios ekologines situacijos pavojų

žmogui.

Bioindikatorius: jautrus biologinis objektas, pagal kurio reakcijas (fiziologines, biochemines) ir požymius (morfologinius, anatominius) galima spręsti apie aplinkos būklę ir jos pokyčius.

Bioindikatorius: organizmų bendrija, kurios būklė, gyvybingumas glaudžiai susiję su tam tikromis aplinkos sąlygomis ir kuri gali būti tų sąlygų kokybės rodiklis.

Vertinant aplinkos būklę bi

ioindikaciniais metodais nereikėtų pamiršti:

antropogeninių veiksnių poveikis kompleksiškai susijęs su daugeliu gamtinių – abiotinių, biotinių aplinkos veiksnių.

Bioindikacija:

galima, kai naujieji biologinių sistemų rodikliai žymiai skiriasi nuo prieš poveikį buvusių rodiklių;

rodiklių skirtumai vertinami kaip biologinių sistemų reakcija į pasikeitusią aplinką.

Bioindikacija plačiąja prasme nagrinėja:

biologinių sistemų priklausomybę nuo visų, jas veikiančių abiotinių, biotinių, antropogeninių aplinkos veiksnių:

sausumos ekosistemų bioindikacija dalis bendrosios bioindikacijos;

vandens ekosistemų bioindikacija glaudžiai susijusi su hidrobiologija.

Augalai:

sudaro daugelio mitybinių grandinių pagrindą, per juos toksinės medžiagos veikia aukštesnių trofinių lygių organizmus;

itin informatyvūs ankstyvai kenksmingo teršiančių medžiagų poveikio indikacijai.

Toksiškumo testais nustatomos są

ąsajos:

tarp teršalų koncentracijų ir poveikio augalams palengvina greitą ir savalaikį toksinio poveikio nustatymą vandens ekosistemoje.

4. Lietuvoje viena iš vandens kokybės problemų:

užterštumas organinėmis ir biogeninėmis medžiagomis – azotu ir fosforu.

5.Pagrindiniai upių vandens taršos biogeninėmis medžiagomis šaltiniai:

miestų nuotekos; pasklidoji žemės ūkio tarša.

6. Ne visi organizmai vi

ienodai vertingi kaip bioindikatoriai:

augalai, gyvūnai, mikroorganizmai visiškai skirtingi objektai:

pagal atsparumą antropogeniniam poveikiui;

pagal bioindikacijai keliamus reikalavimus.

Augalai geri indikatoriai:

augimo vietos;

žmogaus ūkinės veiklos;

pramoninės taršos.

Augalai negali migruoti:

evoliucijos eigoje, nespėdami prisitaikyti prie kintančių aplinkos sąlygų, savo požymiais praneša apie aplinkos pokyčius:

morfologiniais, fiziologiniais pakitimais;

paplitimu, išnykimu.

būdami vieni iš jautriausių indikatorių, objektyviai indikuoja aplinkos pokyčius.

Augalai – morfologiniais, anatominiais požymiais indikuoja: priklausomybę tam tikroms augavietėms, nepalankią žmogaus ūkinę veiklą.

Aplinkos užterštumo monitoringas, naudojant indikatorinius augalus: padeda objektyviai įvertinti ekologinę situaciją, susidarančią dėl besikeičiančios aplinkos.

Aukštesnieji ir žemesnieji augalai indikuoja augimo vietą ir antropogeninę taršą:

auga jiems būdingose vietose;

savo audiniuose sukaupia žymiai didesnes koncentracijas už aplinkoje esančias;

jautrumas tam tikrų teršalų poveikiui skiriasi nuo kitų toje vietovėje augančių augalų jautrumo.

Aplinkos tyrimams naudingi šie augalai: genetiškai vientisi, jautrūs aplinkos pokyčiams, kenksmingų medžiagų poveikį reaguoja kiekybiškai, gerai dauginasi, lengvai na

audojami, lengvai standartizuojami (Heinrich, Hergt, 2000).

Gyvūnai bioindikacijos požiūriu: įdomūs, žmogui fiziologiškai artimi biologiniai objektai: (jų reakcijos taip pat parodo aplinkos užterštumo poveikį, pasekmes ne tik gamtai, bet ir žmogui).

Gyvūnai mobilūs: migruodami gali išvengti nepalankių, kenksmingų aplinkos veiksnių poveikio.

Mikroorganizmai:

greičiausiai į aplinkos pokyčius reaguojantys bioindikatoriai:

sėkmingai naudojama skubiai poveikio diagnostikai.

Mikroorganizmai tinka ekotoksikologiniams eksperimentams: nesunku nustatyti, kokias gyvųjų organizmų biochemines reakcijas, mechanizmus pažeidžia vieni ar kiti teršalai.

Ekotoksikologiniai eksperimentai su mikroorganizmais dažniau atliekami šiais tikslais: taikomosios ekologijos, aplinkos būklės kontrolės.

Mikroorganizmai mažiau tinkami: praktinei bioindikacijai, indikacinis vaidmuo išryškėja tik pe

er biochemines, fiziologines reakcijas; morfologinių, anatominių pokyčių pastebėti, nustatyti neįmanoma.

Aplinkos kokybės vertinimo metodus sąlyginai galima suskirstyti: cheminius; fizikinius; fizikinius – cheminius; biologinius.

Fizikiniai, cheminiai, fizikiniai – cheminiai aplinkos vertinimo metodai: brangesni už biologinius, reikalaujantys ypatingo pasiruošimo, gana sudėtingos įrangos.

Fizikiniais aplinkos tyrimo metodais nustatoma: aplinkoje esančios medžiagos sudėtis, koncentracija nesinaudojant cheminėmis reakcijomis.

Metodai jautrūs, palyginti greiti paremti:

spektrine analize:

dujų, skysčių, kietųjų medžiagų kokybinės, kiekybinės sudėties nustatymu, tiriant analizuojamo objekto spektrus;

radiometrine analize:

kokybinė tiriamos medžiagos sudėtis nustatoma pagal joje esančių radioaktyviųjų izotopų skilimo pobūdį.

Cheminiai aplinkos tyrimo metodai skirstomi:

kokybinius – įgalina identifikuoti aplinkoje esančius cheminius elementus, junginius;

kiekybinius – leidžia nustatyti tiriamųjų medžiagų koncentraciją.

Fizikiniai – cheminiai: metodai naudojami mažiems, labai mažiems aplinkai neįprastų priemaišų kiekiams nustatyti;

pagrindą sudaro: cheminės reakcijos; medžiagos fizikiniai rodikliai; naudojami – chromatografijos, fotometrinės, elektrocheminės analizės metodai .

MIKROBIOTESTAI IR MAKROBIOTESTAI

Makrobiotestai – testavimo metodai:

naudojami dideli daugialąsčiai organizmai;

dideli vandens tūriai;

atlikti reikia daug laiko, darbo, pinigų, erdvės;

tokio tipo testai plačiai taikomi 8-jame dešimtmetyje.

Prasidėjo alternatyvių mikrobiotestų kūrimas, taikymas: naudojamos mažo dydžio testinės rūšys, santykinai greiti, paprasti, nebrangūs, dažniausiai nereikia net organizmų auginimo.

Dėl šių savybių mikrobiotestai puikiai tinka taikymui testinėse baterijose, atliekant vandens aplinkos taršos tyrimus (Janssen et al., 2000).

Mikrobiotestai metodai:

mikrobiotestai atsirado, plačiai paplito XX a. 9-ame dešimtmetyje;

naudojamos mažo dydžio testinės rūšys;

santykinai greiti, paprasti, nebrangūs, dažniausiai nereikia net organizmų auginimo.

testuose naudojami vienaląsčiai, smulkūs daugialąsčiai organizmai;

greitesni, nereikalaujantys didelių išlaikymo, kultivavimo iš

šlaidų, pasižymintys didesniu atsikartojamumu.

Kitas mikrobiotestų vystymosi etapas bus: genų inžinerijos būdu sukurti mikroorganizmai, jautrūs specifinėms cheminių medžiagų klasėms (Blaise et al., 1998).

BIOTESTAVIMAS

Biotestavimo metu organizmų atsakas į užterštumą dažniausiai tiriamas laboratorijoje griežtai nustatyta tvarka.

Biotestavimas ypatingas tuo, kad suteikia galimybę nustatyti užterštumą jau pirmose poveikio stadijose, toksinių medžiagų koncentracija dar nesukelia negrįžtamų procesų.

Biotestavime viena svarbiausių charakteristikų: testo trukmė.

Priklausomai nuo trukmės, biotestai gali būti šio toksiškumo: ūmaus, chroninio, subchroninio.

Ūmaus toksiškumo testais siekiama nustatyti nuotekų koncentraciją, aplinkos veiksnio intensyvumą, sukeliantį greitai pasireiškiantį žalingą poveikį biotestiniams organizmams.

Toksiškumas vertinamas nustatant:

letaliąją koncentraciją LK50, kuri sukelia 50% tiriamųjų organizmų mirtį;

efektyviąją koncentraciją EK50, sukeliančią vertinamo rodiklio sumažėjimą 50%.

Standartinis testavimo laikas – 96 arba 72 val. (EPA,1977).

 

Ūmaus toksiškumo testai atliekami naudojant kelias toksinės medžiagoskoncentracijas, kontrolinį tirpalą (Hoffman et al., 1995).

 

Chroniško toksiškumo testai atliekami: reikia pakankamai tiksliai įvertinti ilgalaikio toksinių medžiagų poveikio keliamą riziką organizmams (šiuo atveju poveikis tiriamas apimant visą testuojamo organizmo gyvenimo ciklą – gemalas, lerva, jauniklis, suaugėlis ir reprodukciją) .

 

Vertinamas letalus ir subletalus poveikis:

letalaus toksiškumo testai atspindi tik paskutinę žalingo poveikio stadiją.

subletaliais testais galima įvertinti anksčiau buvusio toksinių medžiagų veikimo požymius, t. p. neletalaus toksiškumo vandens tirpalo – išvalytų nuotekų kokybę (Blaise et al., 1998).

 

Testo trukmė priklauso nuo testinio organizmo rūšies:

dafnijų Daphnia magna ji yra 21 diena;

žuvų Pimephales promelas – 275-300 dienų. (Cooncy,1995).

 

Chroniško toksiškumo viso gyvenimo ciklo testai suteikia ti

ikslesnę informaciją apie poveikį:

testų laiko, piniginės sąnaudos didesnės nei ūmaus toksiškumo testų:

testų atlikimo sėkmė priklauso nuo labai griežtos standartizacijos ir kontrolės viso eksperimento metu.

Biotestavime svarbu organizmų savybėsdydis, fiziologinė būsena, gebėjimas išgyventi kuo ilgiau laboratorijose.

Kiekvienas biotestinis mikroorganizmas pasižymi specifinėmis savybėmis: turi privalumų, trūkumų.

Vertinant cheminių medžiagų poveikį vandens ekosistemai ar jos daliai remiamasi ne vienu, o serija testorganizmų ir atitinkamų biotestavimo metodų (Costan et al., 1993).

BIOTESTAVIMUI TINKAMI ORGANIZMAI

Testorganizmai turi pasižymėti – dideliu jautrumu toksinėms medžiagoms bei greita reakcija į atitinkamą jų koncentraciją.

Biotestavimui naudojami organizmai:

pirmuonys, bakterijos, dumbliai;

bestuburiai, sausumos bei vandens augalai, žuvys.

Kiekvienas iš šių testorganizmų: vertas dėmesio ir turi tam tikrų privalumų, nei vienas organizmas nėra universalus, jauriai reaguojantis į visas toksines medžiagas.

PIRMUONYS

Nutekamųjų vandenų toksiškumui vertinti kaip testorganizmas naudojamas pirmuonis infuzorija:

gyvena švariuose vandenyse, jautrus toksinių medžiagų poveikiui – gali būti naudojamas kaip bioindikatorius vertinant aplinkos būklę, atliekant kitus toksikologinius tyrimus.

tyrimų metu stebimas infuzorijų judrumas;

palankiose aplinkos sąlygose infuzorijų judrumas didelis, užterštoje aplinkoje – sumažėja;

bandymų metu tiriamos skirtingų vystymosi tarpsnių, funkcinių būsenų infuzorijos.

BAKTERIJOS

Dalyvauja biogeninių elementų kaitoje, lengvai kultivuojamos, jautrios cheminėms medžiagoms:

svarbūs organizmai vandens ekosistemoje;

lengvai kultivuojamos, jautrios toksinėms medžiagoms;

testavimo metu stebimas bakterijų augimas, kvėpavimas, jų fermentų aktyvumas.

Tiriant augimą naudojamos grynos kultūros, gali būti testuojama įvairiai:

testuojama cheminė medžiaga ištirpinama agaro terpėje, paskui matuojamas bakterijų augimo slopinimas;

gryna kultūra auginama tam tikros sudėties terpėje, ji veikiama vandenimis, k. . .

Bestuburiai pranašesni už žuvis dėl savo dydžio: jie plačiai paplitę vandens ekosistemose, juos nesudėtinga veisti bei auginti laboratorinėse sąlygose.

Bestuburiai jautrūs toksinėms medžiagoms, esančioms užterštuose vandenyse, daugelis testų trumpi.

Atliekant biotestus, pirmenybė teikiama šioms bestuburių rūšims: Daphnia pulex, Daphnia magna, Thamnoocephalus plaiyurus, Artemia salina, Mysidopsis balia, Acartia tonsa.

Dabartiniu metu visame pasaulyje plačiai taikomi standartizuoti bestuburių testai – TOXKIT: juos sukūrė prof. dr. G. Persoone iš Ghento universiteto (Belgija) vandens užterštumo biologinių tyrimų laboratorijos.

Šie mikrobiotestai yra aukšto standartizavimo lygio,palyginti nebrangūs, kalibruojami tarpvalstybiniu lygiu:

į vieno biotesto komplektą įeina visos biotestavimui reikalingos medžiagos;

testorganizmai pateikiami ramybės būsenoje;

juos saugant šaldytuve 4°C temperatūroje galima išlaikyti gyvybingus net šešis mėnesius.

TOXKIT mikrobiotestai, priklausomai nuo testuojamų organizmų rūšių, yra Daphtoxkit, Protoxkit ir Thamnotoxkit.

Daphtoxkit testuojami organizmai yra dvi dafnijų rūšys – Daphnia pulex ir Daphnia magna;

Protoxkit testavimo organizmai yra vėžiagyviai Tetrahymena thermophila, Thamnotoxkit – krevetės Thamnoocephalus platyurus.

Atliekant tyrimus su TOXKIT mikrobiotestais yra nustatoma LC50 (vidutinė letalinė koncentracija, kuriai esant žūsta 50% tirtų organizmų) ir LC100 (koncentracija, kuriai esant vandenyje testuojamų organizmų mirtingumas lygus 100% ), EC50 (50% pakinta stebimo požymio dydis ), LK (minimali koncentracija).

ŽUVYS

Žuvys ilgą laiką buvo vienintelė vandens organizmų grupė, naudojama toksiškumo testuose. Testavimo tyrimai su žuvimis yra brangūs, sunku atrinkti toksinėms medžiagoms jautrias rūšis. Pagrindinis dėmesys kreipiamas į testorganizmų elgseną, išgyvenimą, judrumą, kvėpavimo pobūdį bei bendrą fiziologinę būklę. Žuvų toksiškumo testai buvo pagrindinė priemonė toksiniam cheminių medžiagų poveikiui vandens ekosistemose vertinti. Žai buvo vaivorykštinis upėtakis (Salmo gairdneri).Siekta išvalyti nuotekas tiek, kad žuvys išgyventų juose bent keturias dienas.

Žuvų biotestas – nepigus, sunku atrinkti toksinėms medžiagoms jautrias žuvų rūšis.

Atliekant žuvų tyrimus, nustatomi jų normalių fiziologinių reakcijų pokyčiai: augimas, reprodukcija, deguonies sunaudojimas, kvėpavimo greitis, širdies veikla, elgsena.

Biotestavimui dažniausiai naudojamas: vaivorykštinis upėtakis (Šalmo gairdneri), kuris ankstyvose vystymosi stadijose, palyginti su kitomis žuvų rūšimis,jautresnis toksinėms medžiagoms, ypač sunkiesiems metalams ir radionuklidams.

Vienas dažniausiai naudojamų organizmų – vaivorykštinis upėtakis (Salmo gairdneri). Juo buvo testuojama Ignalinos AE nutekamųjų vandenų kokybė. nutekamųjų vandenų poveikis embrionų vystymuisi buvo vertinamas pagal ikrų bei lervų mirtingumą, vystymosi stadijų trukmę, mutacijas, elgsenos reakcijas, fiziologinius rodiklius (širdies susitraukimų ir kvėpavimo judesių dažniai) bei lervų prieaugį (Marčiulionienė, 1996).

Ignalinos AE nutekamųjų vandenų mutageninis poveikis buvo vertintas ir testorganizmo šlakio (Šalmo trutta trutta) embrionų ląstelėms.

Inkubavus keturių parų ikrus 96 valandas testuojamame bei kontroliniame vandenyje, pagal aberantinių anafazių lygį embrionų ląstelėse įvertintas vandens mutageninis potencialas (Stasiūnaitė, 1996).

Join the Conversation