11.3. Контроль загрязнения окружающей среды с использованием биологических объектов

Эффективная защита окружающей среды от опасных химических соединений невозможна без достоверной информации о степени загрязнения.

В настоящее время основой мониторинга токсичных веществ в окружающей среде являются их предельно допустимые концентрации (ПДК) в воде, воздухе, почве. Однако не всегда можно установить прямую зависимость между содержанием загрязняющих веществ в среде и ее пригодностью для обитания живых организмов. Токсичное действие одних компонентов может быть нейтрализовано или усилено присутствием других. Необходимо оценивать интегральную токсичность, отражающую влияние всего комплекса загрязняющих веществ.

Наиболее целесообразными методами определения интегральной токсичности являются биоиндикация (биотестирование).

Под биоиндикацией понимают обнаружение и определение биологически и экологически значимых антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ. Объектами биоиндикационных исследований могут быть растения, животные, в том числе представители почвенной фауны, на долю которых приходится 95% всех видов, входящих в наземный зооценоз, микроорганизмы.

Некоторые экосистемы, например хвойные леса, лишайниково-моховые сообщества, чувствительны к широкому спектру антропогенных нагрузок. Их называют критическими экосистемами. Анализ таких систем позволяет выявить экологические нарушения еще при таких уровнях загрязнения, которые не представляют опасности для большинства организмов, в том числе человека.

Выше отмечалось (см. гл. 2), что в практику давно уже вошло использование индикаторных организмов для оценки степени очистки сточных вод. Так, по видовому разнообразию простейших, их размерам, поведению судят об условиях работы аэротенков (интенсивности аэрации, присутствии токсичных веществ, нагрузке по загрязнениям и т. д.). Появление нитрификаторов в аэротенке является показателем достаточно полного окисления органических соединений, а наличие капель серы на поверхности и внутри клеток серных бактерий свидетельствует о довольно высоком содержании восстановленных соединений серы (сероводород, меркаптаны).

О биотестировании говорят, когда речь идет об использовании стандартных тест-организмов, для которых анализируется изменение выбранной тест-функции под действием токсикантов. Такие исследования могут проводиться в лаборатории либо непосредственно в природных условиях (в воде, почве).

Чаще всего в качестве тест-организмов применяются микроорганизмы, поскольку они имеют следующие достоинства:

– обладают большой удельной поверхностью контакта с окружающей средой, что определяет их высокую чувствительность;

– высокие скорости роста и размножения микроорганизмов позволяют за сравнительно короткий срок проследить за воздействием неблагоприятного фактора на протяжении многих поколений, т. е. проводить хронические биотесты;

– поддержание жизнедеятельности микроорганизмов не требует больших материальных затрат.

К недостаткам микробиологических тестов следует отнести довольно высокую способность микроорганизмов к образованию устойчивых мутантных штаммов, что может приводить в некоторых случаях к получению недостоверных результатов.

К тест-организмам предъявляется ряд требований:

1) должны иметь высокую чувствительность к токсичным веществам;

2) это должны быть чистые культуры микроорганизмов, не засоренные другими организмами;

3) должны содержаться в строго определенных условиях (состав среды, рН, газовый режим и др.).

Тест-функции, по изменению которых судят о воздействии токсикантов, могут быть самыми разнообразными: активность ферментов, потребление кислорода, количество выделяющегося биологического тепла, изменение электрических параметров клетки, морфологические изменения и др.

246