Разработка и исследование эффективности новых методов быстрой оценки токсичности компонентов окружающей среды при биомониторинге

Трансформация экологически опасных загрязнителей в окружающей среде приводит, как правило, к образованию трудно идентифицируемых соединений, которые могут оказывать существенное влияние на экосистемы. Их сложно идентифицировать стандартными методами количественного химического анализа, однако эффекты можно обнаружить биологическими методами. Цель работы заключалась в разработке новых методических подходов к быстрой оценке состояния окружающей среды и токсичности ее компонентов в процессе биомониторинга опасных промышленных объектов. Представлены результаты оценки комплексной токсичности объектов окружающей среды с использованием разработанной системы экспресс-методов. Объектами исследования были дафнии (Daphnia magna Straus), цериодафнии (Ceriodaphnia affinis Lilljeborg), инфузории (Paramecium caudatum), препарат лиофилизированных люминесцентных бактерий «Эколюм» на основе рекомбинантного штамма Escherichia coli M-17, водоросли (Chlorella vulgaris Beijer, Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb.), половые клетки млекопитающих. Описаны разработанные методики определения токсичности по изменению двигательной активности дафний и цериодафний при повышенной температуре исследуемой среды. Представлено описание разработанных полезных моделей: «Способ биотестирования проб воды и устройство для его осуществления», «Устройство для экспресс-оценки качества природных сред» и «Устройство для комплексной оценки качества природных сред», подтвержденные патентами РФ. Их использование позволяет существенно сократить экономические и временные затраты на экотоксикологические исследования. Эффективность системы экспресс-методов подтверждена при биомониторинге санитарно-защитной зоны Балаковской АЭС. Определяли токсичность проб донных отложений, почвы, а также проб воды из пруда-охладителя и прилегающей акватории Саратовского водохранилища. Показано совпадение результатов биотестирования по общепринятым методикам и с использованием разработанной системы экспресс-методов.

биомониторинг, биотестирование, тест-объекты, экспрессметоды, токсичность, опасный промышленный объект

1. Ashikhmina T. Ya. Integrated Environmental Monitoring of Chemical Weapons Storage and Destruction Plants. Kirov, Vyatka Publ., 2002. 544 p. (in Russian).

2. Ashikhmina T. Ya., Borodina N. V., Vidyakin A. I., Dabakh E. V., Domnina E. A., Domracheva L. I., Kantor G. Ya., Kondakova L. V., Ogorodnikova S. Yu., Olkova A. S., Pestov S. V., Skugoreva S. G., Fokina A. I., Shirokikh I. G. Bioindieators and Biotesting Systems in Estimating the Environment of Technogenic Territories. Kirov, O-Kratkoe Publ., 2008. 366 p. (in Russian).

3. Chupis V. N., Loushchay E. A., Larin I. N., Zagrekov A. A., Ilyina E. V., Ivanov D. E. The System of Fast Biotesting Methods for Ecological Monitoring of Industrial Enterprises Influence Zone. Ecology and Industry of Russia, 2008 a, no. 1, pp. 44–45 (in Russian).

4. Chupis V. N., Zhuravljova L. L., Zhirnov V. A., Larin I. N., Lushchai E. A., Yemeljanova N. V., Iljina E. V., Ivanov D. E. Estimation of Water Quality in the Cooling-reservoir of Balakovo Atomic Electric Power Station by Means of Biomonitoring Method. Theoretical and Applied Ecology, 2008 b, no. 2, pp. 43–50 (in Russian).

5. Eskov A. P., Timofeev M. A., Kayumov R. I., Terekhova V. A. Methods of Measuring the Toxicity Index of Soils, Soils, Water and Waste to Change the Mobility of Mammalian Germ Cells in vitro. Moscow, Moskovskii gosudarstvennyi universitetPubl., 2009. 30 р. (in Russian).

6. Grigor’ev Yu. S., Shashkova T. L. Methods of Determining of Toxicity of Aqueous Extracts from Soils, Sediments of Sewage Water and Wastes, Drinking, Sewage and Natural Water by the Death Rate of the Test-Object Daphnia magna Straus. Moscow, 2006. 44 p. (in Russian).

7. Grigoriev Yu. S. Method for determining the toxicity of samples of surface fresh, groundwater, drinking water, wastewater, water extracts from the soil, sewage sludge and waste to change the optical density of Chlorella algae culture. Krasnoyarsk, Krasnoiarskii gosudarstvennyi universitet Publ., 2004. 19 р. (in Russian).

8. Guidelines for Determining the Toxicity of Water, Sediments, Contaminants and Drilling Fluids by Biotesting. Moscow, NIA-Priroda Publ., 2002. 118 p. (in Russian).

9. Integrated Environmental Monitoring in the Areas Adjacent to Dangerous Industrial Objects, Systems of Environmental Monitoring Facilities for Destruction of Chemical Weapons and Nuclear Power Plants. Moscow, Nauchnaia kniga Publ., 2014. 528 p. (in Russian).

10. Ivanov D. E., Zhuravleva L. L., Rejter A. V., Larin I. N., Lushchai E. A., Zhirnov V. A. Sposob biotestirovaniia prob vody i ustroistvo dlia ego osushchestvleniia [Method for Biotesting Water Samples and Device for Realising Said Method]. Patent RF, No. RU2409813, 2009 (in Russian).

11. Ivanov D. E., Rejter A. V., Chupis V. N., Zhuravleva L. L., Lushchai E. A. Ustroistvo dlia ekspress-otsenki kachestva prirodnykh sred [Device for rapid assessment of the quality of natural environments]. Patent RF, No. RU120101, 2012 a (in Russian).

12. Ivanov D. E., Rejter A. V., Chupis V. N., Zhuravleva L. L., Lushchai E. A. Ustroistvo dlia kompleksnoi otsenki kachestva prirodnykh sred [Device for a comprehensive assessment of the quality of natural environments]. Patent RF, No. RU117436, 2012 b (in Russian).

13. Jun B. H., Lee S. I., Ryu H. D., Kim Y. J. Temperature-based Rapid Toxicity Test Using Ceriodaphniadubia. Water Science and Technology, 2006, vol. 53, no. 4–5, pp. 347–355.

14. Larchenko V.P. Sposob biotestirovaniia prob vody i vodnykh vytiazhek [Method for Biotesting Water and Aqueous Extract Samples]. Patent RF, no. RU2245367, 2005 (in Russian).

15. Lisovitskaya O. V., Terekhova V. A. Phytotest: Main Approaches, Problems of Laboratory Method and Actual Solutions. Interactive J. of Ecological Soil Science, 2010, no. 1, pp. 1–18 (in Russian).

16. Lushai E. A., Zhuravleva L. L., Ivanov D. E. Тhe system of biomonitoring of hazardous industrial enterprises. In: Environmental Problems of Industrial Cities: Collection of scientific works. Saratov, Saratovskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet imeni Gagarina Yu. A. Publ., 2011, part 1, pp. 98–100 (in Russian).

17. Lushai E. A. Express-method of biotesting to assess the quality of natural environment. In: Man. Ecology. Culture: Collection of Scientific Papers of the All-Russian Scientific and Practical Conference. Saratov, Saratovskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet imeni Gagarina Yu. A. Publ., 2018, pp. 291–294 (in Russian).

18. Melekhova O. P., Egorova Е. I., Evseeva Т. I. Biological Control of Environment: Bioindication and Biotesting. Мoscow, Academy Publ., 2010. 288 p. (in Russian).

19. Method of Determining the Toxicity of Water and Aqueous Extracts from Soils, Sewage Sludge, Waste According to Change of Bacterial Bioluminescence Using Test-System “Ekolyum”. Moscow, Ministerstvo prirodnykh resursov Rossii Publ., 2004. 16 p. (in Russian).

20. Methodology for Determining the Toxicity of Samples of Natural, Drinking, Domestic and Drinking, Household Waste, Treated Sewage, Waste, Thawed, Technological Water by the Express Method Using the Biotester Device. Saint Petersburg, Spektr-M Publ., 2010. 21 p. (in Russian).

21. Pavlenko V. V., Denisova T. P. Sposob otsenki toksichnosti vodnykh sred [A method for Assessing the Toxicity of Aquatic Environments]. Patent U.S.S.R., No. SU1234770, 1986 (in Russian).

22. Zhmur N. S. Methods for Determining the Toxicity of Water and Aqueous Extracts from Soils, Sewage Sludge, and Wastes by the Death Rate and Changes in Fertility of Daphnia. Moscow, Akvaros Publ., 2001 a. 48 p. (in Russian).

23. Zhmur N. S. Procedure for Determining the Toxicity of Water, Water Extracts from Soils, Sewage Sludge, and Wastes by the Death Rates and Changes in Fertility of Ceriodaphnia. Moscow, Akvaros Publ., 2001 b. 52 p. (in Russian).

24. Zhmur N. S. Method for Determining the Toxicity of Water and Water Extracts from Soils, Sewage Sludge and Waste to Change the Level of Chlorophyll Fluorescence and the Number of Algae Cells. Moscow, Akvaros Publ., 2007 a. 48 p. (in Russian).

25. Zhmur N. S. The Method of Determining Water Toxicity and Water Extracts from Soil, Sewage Sludge, Waste by Mortality and Fertility Change of Ceriodaphnia. Moscow, Akvaros Publ., 2007 b. 56 p. (in Russian).