Способ выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды



Способ выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды
Способ выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды
Способ выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды
Способ выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды

 


Владельцы патента RU 2595867:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Мурманский морской биологический институт Кольского научного центра Российской академии наук (ММБИ КНЦ РАН) (RU)

Изобретение относится к экологии, а именно к охране окружающей природной среды, и может быть использовано для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды. Для этого выбирают организм-биоиндикатор путем определения распространения и обилия вида (видов) и оценки их доступности, применение к выбранным организмам ряда тест-воздействий. Критериями отбора организмов-биосенсоров как оперативных биоиндикаторов являются определение их выживаемости, технологичности, реакционноспособности и оценка адекватности реакций. Сначала производят оценку технологичности использования организмов - потенциальных биосенсоров - путем проверки их способности переносить манипуляции в экспериментах, транспортировку, обсыхание, перепады температур и возможности использования его в определенной технической системе мониторинга оперативной биоиндикации. Затем осуществляют проверку отобранных организмов - потенциальных биосенсоров - на реакционноспособность путем определения скорости и устойчивости физиологических и поведенческих реакций на различные лимитирующие и нетоксичные факторы воздействия среды с установлением потенциала реагирования для каждого вида тестируемого воздействия. На основании полученных данных производят окончательный отбор организмов-биосенсоров. На основе повторяемости определенных реакций при одинаковых по силе воздействиях среды выбирают параметры мониторинга биосенсоров. Изобретение обеспечивает непрерывный биологический мониторинг при оперативной биологической оценке (индикации) качества как морских, так и пресных вод, включая питьевую и сточные воды в естественных или искусственных условиях в режиме реального времени. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Изобретение относится к области экологии и охраны окружающей природной среды и может быть использовано как при непрерывном биологическом мониторинге, так и при оперативной биологической оценке (индикации) качества как морских, так и пресных вод, включая питьевую и сточные воды в естественных или искусственных условиях в режиме реального времени.

Современные системы биологического мониторинга должны функционировать в непрерывном автоматическом режиме и, практически, в режиме реального времени обнаруживать и определять степень экологической опасности загрязнений, формировать сигналы тревоги и передавать их в соответствующие центры слежения. Это важно не только для систем водоснабжения городов и населенных пунктов, но и для крупных хозяйственных и производственных объектов, неизбежно загрязняющих окружающую среду. Поэтому важно осуществлять такой контроль как в зонах выпускных коллекторов городов и промышленных предприятий, так и в местах разработки и транспортировки нефтяных и газовых месторождений, особенно в условиях уязвимых экосистем Арктики.

Непрерывный контроль качества вод (оперативный биомониторинг) основывается на использовании группы организмов-биоиндикаторов, обладающих свойствами биосенсоров, то есть биоиндикаторов, быстро реагирующих на опасные/значительные изменения состояния среды. Для этих целей в Европе, например, широко используются системы раннего оповещения о появлении опасных для биоты концентраций загрязняющих агентов в водной среде - Musselmonitor и Dreissenamonitor. При отборе моллюсков-биосенсоров для использования в данных системах опираются на уже известные данные о биологии, экологии, физиологии и поведении данных животных, полученные ранее. Однако такой подход является недостаточным, ограниченным только областью известных знаний. Особенно это важно в тех случаях, когда в условиях малоизученных экосистем применяются новые виды животных - индикаторов (биосенсоров), экология и физиологические реакции которых плохо изучены или не известны вообще.

Применение отобранных животных в качестве организмов индикаторов - биосенсоров состояния водной среды без проверенного биологического обоснования (тестирования) и анализа их возможностей приводит к значительным потерям, как технологическим, так и финансовым. В итоге следствием ошибок в выборе организма-индикатора является потеря эффективности он-лайн биомониторинга: потеря чувствительности, надежности и автоматичности, усложнение процесса, увеличение трудоемкости и доли ручного труда, большое количество сбоев, помех, ложных сигналов тревоги, а также преждевременной гибели животных, что приводит к финансовым потерям и сильному снижению качества работы систем вплоть до их непригодности.

Известен способ биоиндикации по патенту РФ на изобретение №2213350 C2 от 24.12.2001 г., включающий выбор группы индикаторов, формирование эталонной среды с разбивкой ее по классам качества, определение видов индикаторов, способных существовать в диапазоне классов качества эталонной среды, извлечение из среды всех возможных видов из группы индикаторов. По каждому классу качества среды устанавливают виды индикаторов и определяют класс качества среды по максимальному значению суммарной классовой значимости индикаторов. Осуществляют оценку возможности самоочищения среды путем дополнительных извлечений индикаторов из среды и определений суммарной классовой значимости индикаторов до момента расположения максимального значения суммарной классовой значимости и наибольшего после него значения в соседних областях классности качества среды. Способ может быть использован как экспресс-метод при разовом обследовании и для проведения мониторинга сред, обладает кратковременностью сбора биоиндикаторов, малой стоимостью, возможностью сопоставления информации об экологической полноценности и хозяйственной значимости обследованных сред. Данный способ неприменим для систем оперативной биоиндикации.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ формирования референтных групп тест-организмов, изложенный в статье «Биоэлектронный мониторинг поверхностных вод» (С.В. Холодкевич, А.В. Иванов, Е.Л. Корниенко, А.С. Куракин, В.А. Любимцев Журнал «Мир измерений», №1. - 2011 г.). Для формирования таких групп осуществляется выбор для каждого из видов тест-организмов физиологических, биохимических или поведенческих показателей (биомаркеров), которые являлись бы необходимыми и достаточными для оценки их физиологического состояния (ФС) и адаптивной способности. Предложены следующие критерии выбора тест-организмов для биоиндикации и биомониторинга:

- присутствие в исследуемой экосистеме (по возможности в большом количестве) потенциальных объектов биоиндикации с однородными свойствами;

- широкое географическое распространение организма-биоиндикатора и его представительство в различных местах обитания;

- легкость идентификации биоиндикатора и доступность в получении материала;

- отсутствие сезонных отличий в доступности и использовании биоиндикаторов;

- относительная устойчивость биоиндикатора к воздействию/накоплению стрессора;

- наличие корреляции или функциональной связи между реакцией организма биоиндикатора и уровнем воздействия стрессора на экосистему. Для отбора в качестве биоиндикаторов животных, а именно раков, предложено применять к ним дополнительно ряд стрессовых тест-воздействий, так как различия раков, взятых из одной природной популяции и отобранных по вышеуказанным показателям, могут достигать 40…50% по характеристикам кардиоактивности (ЧСС) и общему белку гемолимфы. По их реакциям на специально разработанные стандартизованные нагрузки (тест-воздействия) формируют референтную группу тест-организмов, функциональное состояние которых однородно по физиологическим показателям. Недостатком данного способа отбора биоиндикаторов является его значительная трудоемкость, затратность и узкая направленность. Во-первых, существуют не две, а множество характеристик неоднородности помимо кардиоактивности и белка гемолимфы; во-вторых, показатели, однородные во время теста, могут сильно различаться впоследствии; в-третьих, именно однородность референтных особей снижает объективность биоиндикации природных вод, так как неоднородность (генетическая, физиологическая, биохимическая) организмов одного вида является неотъемлемым свойством природы. Разнообразие реакций (по силе и скорости) отражает объективную реакцию всей популяции, а не одной отобранной по ряду признаков группы, особи которой могут быть меньшинством в популяции. Следовательно, создание искусственных групп, удобное для работы, делает индикацию необъективной в отношении природных объектов. Однако такая искусственная группа пригодна для тестирования таких искусственных объектов, как источники водопроводной и технической воды, аквариумы; или для проведения биотестов в экспериментах. Главным недостатком является направленность на отбор группы здоровых особей внутри одного вида (раков), а не на отбор наилучшего вида-биосенсора среди нескольких потенциальных видов.

Заявляемый способ, как и известные, включает выбор организмов-биоиндикаторов путем определения распространения и обилия вида (видов) и оценки их доступности, применение к выбранным организмам ряда тест-воздействий.

Задача, решаемая изобретением, заключается в улучшении качества он-лайн биомониторинга за счет разработки основ правильного отбора биоиндикаторов, а также в уменьшении ресурсных потерь, включая финансовые, за счет обеспечения надежной работы биоиндикаторов-биосенсоров без их замены в течение определенного периода.

Технический результат заключается в создании способа выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга с целью обеспечения их эффективной и надежной работы в условиях мониторинга и уменьшении количества сбоев, помех, ложных сигналов тревоги.

Технический результат достигается тем, что критериями отбора организмов-биосенсоров как оперативных биоиндикаторов являются определение их выживаемости, технологичности, реакционноспособности и оценка адекватности реакций, при этом сначала определяют выживаемость видов организмов - потенциальных биосенсоров путем проведения экспериментов с размещением этих видов в конкретных условиях мониторинга (поверхность воды, толща или дно водоема), производят оценку технологичности использования организмов - потенциальных биосенсоров - путем проверки их способности переносить манипуляции в экспериментах, транспортировку, обсыхание, перепады температур и возможности использования его в определенной технической системе мониторинга и оперативной биоиндикации, затем осуществляют проверку отобранных организмов потенциальных биосенсоров на реакционноспособность путем определения скорости и устойчивости физиологических и поведенческих реакций на различные лимитирующие и нетоксичные факторы воздействия среды с установлением потенциала реагирования для каждого вида тестируемого воздействия; выбирают параметры мониторинга биосенсоров на основе повторяемости определенных реакций при одинаковых по силе воздействиях среды, проводят оценку адекватности выбранных реакций организма к интересующим факторам загрязнения среды путем их тестирования, затем определяют диапазон и пороги реакций выбранных биосенсоров на изменение загрязнения разных типов; на основании полученных данных производят окончательный отбор организмов-биосенсоров.

Эксперименты по выживанию организмов-биосенсоров проводят в течение 1-2 зимних (критических) месяцев в экстремальных условиях, сходных с природными, или проводят полевые эксперименты в конкретных условиях мониторинга.

При отборе организмов-биосенсоров из других экосистем производят создание резервной группы организмов-биосенсоров путем размещения их в условиях мониторинга в подвешенных садках.

Определение выживаемости организмов - потенциальных биосенсоров путем проведения экспериментов с размещением этих видов в конкретных условиях мониторинга (поверхность воды, толща или дно водоема), обеспечивает возможность работы систем оперативной биоиндикации и биомониторинга в данных условиях, повышение их эффективности и надежности, а также уменьшение ресурсных потерь, включая финансовые.

Оценка технологичности использования организма - потенциального биосенсора - путем проверки его способности переносить манипуляции в экспериментах, транспортировку, обсыхание, перепады температур и возможности использования его в определенной технической системе мониторинга или оперативной биоиндикации обеспечивает сохранение адекватности организма-биосенсора применяемой технологии, в том числе соответствие вида животного используемой установке мониторинга и регистрирующей аппаратуре, без чего проведение биосенсорного мониторинга технически невозможно.

Проверка организма - потенциального биосенсора - на реакционноспособность путем определения скорости и устойчивости физиологических и поведенческих реакций на различные лимитирующие и нетоксичные факторы воздействия среды с установлением потенциала реагирования для каждого вида тестируемого воздействия обеспечивает нужный уровень чувствительности мониторинга к внешним воздействиям, уменьшение количества сбоев, помех, ложных сигналов тревоги.

Выбор реакций и параметров мониторинга организма-биосенсора на основе технических возможностей регистрации, а также исследований повторяемости выбранных реакций при одинаковых по силе воздействиях среды; оценка адекватности выбранных реакций организма к интересующим факторам загрязнения среды путем их тестирования, определение диапазона и порогов реакций выбранных биосенсоров на изменение загрязнения разных типов, обеспечивает достоверность и точность биосенсорного мониторинга и биоиндикации.

Совокупность вышеуказанных отличительных признаков, вместе взятых, обеспечивает получение заявляемых технических результатов.

Изобретение осуществляется следующим образом.

После определения объекта мониторинга (вода морская, или пресная, или стоки, или водопроводная) и его задач начинается подбор видов потенциальных биосенсоров из числа известных видов-биоидикаторов. Для этого в начале по имеющимся данным проводят исследование биологии и экологии потенциальных видов-биосенсоров: определение их выживаемости в условиях мониторинга, диапазонов их толерантности, доступности как для отбора и проведения экспериментов, так и последующего применения в мониторинге. На основе таких критериев, как выживаемость, технологичность, реакционноспособность, контактность, доступность, адекватность реакций и других, осуществляют выбор списка потенциальных видов-биосенсоров.

Для этого сначала проводят полевые и лабораторные эксперименты по исследованию реакций и выживания этих видов в условиях мониторинга (поверхность воды, толща или дно водоема). В последующих экспериментах осуществляют длительное содержание выбранных видов в аквариальных постоянных условиях с проведением специальных экспериментов для:

- определения изменчивости параметров биосенсора в постоянных условиях (наличие устойчивых ритмов, трендов);

- установления скорости и устойчивости реакций (физиологических и поведенческих) на различные воздействия, то есть диапазон и скорость реакций на нетоксичные воздействия (стрессоры) - свет, вибрация, движение воды, кислород и др.;

- определения выживаемости в условиях голодания и влияния лимитирующих факторов (температура, соленость, взвесь и др.);

- тестирование реакций и выживания по нескольким группам загрязнения (взвесь, тяжелые металлы, нефтепродукты, модельные токсиканты).

Выбранные организмы-биосенсоры должны, как правило, быть доступны в достаточном количестве или распространены по всему району исследования (мониторинга) и доступны для сбора во все сезоны. Они должны обеспечивать возможность градации реакции на стресс в зависимости от его длительности и интенсивности и, по-возможности, демонстрировать специфичность реакций, так чтобы можно было определить тип воздействия. Важна контактность биосенсора, т.е. степень его физиологического восприятия антропогенных воздействий через постоянную связь с локальной средой обитания.

Отбор организмов-биосенсоров из списка видов-биоиндикаторов производится по следующим параметрам (показателям), проходя последовательную ступенчатую фильтрацию.

1. Выживание. Прежде всего, выбор организма-биосенсора определяется его способностью выживать в условиях проведения мониторинга. Например, в солоноватоводных и эстуарных зонах или местах сброса выживают немногие организмы. Биосенсорами могут быть как местные животные (предпочтительнее), так и привнесенные из других экосистем, показавшие себя ранее надежными биосенсорами. Для определения способности животных - потенциальных биосенсоров (местных или привнесенных) - длительно выживать в условиях места (точки) мониторинга проводятся экспериментальные и полевые испытания. Организм-биосенсор должен сохранять активность в условиях испытания, т.е. производится оценка его фактической толерантности.

При этом предпочтительно, если организм способен прокормить себя сам; только при отсутствии таковых используются виды-биосенсоры (например, ракообразные), которые необходимо регулярно кормить.

2. Технологичность. Организм-биосенсор не только должен быть чувствителен к изменениям интересующих факторов среды (каких именно - зависит от задач, выбранных для мониторинга), но проявлять свои реакции заметным способом, который может улавливаться и регистрироваться датчиком-сенсором автоматически, не нарушая при этом нормальных физиологических процессов.

Сам организм по своей морфологии и экологическим способностям должен подходить для использования в конкретной технической (регистрирующей) установке: в частности, быть устойчивым к манипуляциям, в том числе в экспериментах, соответствовать по размерам и прочности требованиям прикрепления к нему регистрирующих устройств (датчиков), переносить обсыхание, нагрев и перепады температур или иные воздействия во время технологических операций без привлечения особых сложных и затратных процессов и соблюдения комплекса строгих правил содержания животных.

Сначала, на первом этапе, технологичность оценивают по внешним признакам, потом, в процессе экспериментов - по способности сохранять нормальную жизнедеятельность в установке: контактность, устойчивость поведения и надежность прикрепления.

3. Реакционноспособность. Определяется способность организма - потенциального биосенсора реагировать как на постепенные, так и резкие (острые) изменения тех факторов среды, которые выбраны для мониторинга. Физиологические или поведенческие реакции проверяются в серии экспериментов с созданием искусственных градиентов факторов (температуры, солености, загрязнения и др.) и при отдельных острых воздействиях. Устанавливается потенциал реагирования для каждого вида тестируемых животных.

4. Выбор реакции и параметров биомониторинга. Важен выбор самого процесса (физиология - кардиоактивность, дыхание, питание или поведение): с одной стороны, устанавливается техническая возможность непрерывного мониторинга данного типа реакций организма-индикатора в требуемых условиях, с другой - пригодность этой реакции для целей конкретного биосенсорного мониторинга. Для этого, помимо результатов пункта 2, проводится качественная оценка - испытание выбранной реакции к интересующему фактору, обычно к различным видам загрязнения - объектам биосенсорного мониторинга.

5. Адекватность. Когда реакция и параметры определены, важно установить его адекватность воздействию. То есть параметр обязательно должен изменяться количественно в зависимости от силы воздействия и специфично (желательно) так, чтобы реакции на разные типы воздействия (особенно загрязнения) отличались.

Критерием выбора является повторяемость реакции при одинаковых по силе воздействиях (например, при однотипном загрязнении).

Определяются диапазоны и пороги реакций на изменение природных факторов и на градиенты загрязнения разных типов. Разница в особенностях реагирования на загрязнение обеспечит генерирование сигнала тревоги при реальной (а не ложной) опасности. Как и в пунктах 2 и 4, оценка адекватности реакций производится с помощью определенных приборов и установок (в частности, актографы, тензометры, вальвометры - для поведения, кардиографы, плетизмографы - для сердечной активности). Для измерения характеристик условий среды могут быть использованы оксиметры (кислородомеры), счетчики частиц и флуориметры (для определения хлорофилла), мини-зонды (для измерения колебаний нескольких факторов среды). В свою очередь набор устройств проверяется условиями и целями мониторинга и зависит также от вида животного, его биологии и экологии.

6. Контактность. Наличие постоянной связи с локальной средой обитания. В отношении мониторинга загрязнения доступность организма для восприятия антропогенных воздействий. Вид должен быть желательно оседлым, прикрепленным или малоподвижным. Во-первых, потому что он должен отражать состояние данной локальной среды; во-вторых, современные технологии еще не разработаны для мониторинга активности подвижных видов (крабов, раков, рыб) в природных условиях, к тому же при выборе подвижных видов приходится искусственно ограничивать их активность и перемещения, и при этом осуществлять их регулярное кормление, что нарушает естественный образ жизни организма, процесс и адекватность мониторинга, увеличивает стоимость и сложность мониторинга.

Необходимо изначально установить степень контакта организма-биосенсора со средой его обитания, а затем и со средой мониторинга: морская, пресная, питьевая или сточная вода. Важно определить диапазон и условия применения биоиндикатора-биосенсора. Например, в Голландии приходится выгонять хлор из водопроводной воды, чтоб моллюски-дрейссены были способны вести мониторинг ее качества.

7. Доступность. Вид должен быть доступен для использования в месте мониторинга в любое время. Проводятся исследования распространения и обилия местных видов, оценка их доступности. При невозможности использования местных видов, можно применить проверенные виды биосенсоров, взятых из другой экосистемы.

В итоге получаем "Профпригодность" отобранных видов в качестве биоиндикаторов и/или биосенсоров.

В соответствии со стандартом ISO TS 16649-3 в список биосенсорных организмов и тестовых реакций включены моллюски (ИСО//Официальный сайт ИСО: http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_ics/catalogue).

Примеры практического осуществления способа.

Пример 1. Для проведения оперативного биомониторинга качества вод рядом с вольерами для тюленей в Кольском заливе были выбраны мидии.

Первоначально среди всех групп донных беспозвоночных были выбраны двустворчатые моллюски, поскольку как технология, так и аппаратура непрерывного биомониторинга в море разработаны и протестированы в мировой практике именно для этой группы животных.

Поскольку при отборе моллюсков-биосенсоров опираются на уже известные данные о биологии, экологии, физиологии и поведении данных животных, полученные ранее, было проведено предварительное исследование малакофауны данного биотопа по данным отбора проб и литературе. Массовыми моллюсками-сестонофагами, доступными для сбора в данном районе, были мидии, гребешки, хиателлы, модиолусы. Эти виды-биоиндикаторы были выбраны в качестве потенциальных биосенсоров по результатам предшествующих исследований и экспериментов, показавших высокий потенциал применения именно моллюсков-сестонофагов (фильтраторов) для оперативного биомониторинга.

Оказалось, что в поверхностном водном слое, где расположены вольеры, значительны сезонные колебания солености воды - опреснение, вызванное весенним береговым стоком, понижает соленость с 34 до 20‰ и ниже.

Известно, что в условиях опреснения многие виды морских двустворчатых моллюсков не выживают. Из обитающих в данном районе видов только мидии и, в меньшей степени, хиателлы способны жить при пониженной солености воды.

Поэтому дальнейший отбор проводили среди этих двух видов. Однако, в отличие от мидии, массово заселявшей понтоны вольеров с тюленями, хиателла встречалась редко и в меньшем количестве. Это было указанием на ее относительно худшую выживаемость в данных условиях. При этом хиателла имела небольшие размеры (до 1-2.5 см), хрупкую раковину со множеством искривлений поверхности. Все это делало ее малопригодной по признаку технологичности.

Таким образом, единственным кандидатом в моллюски-биосенсоры оставалась мидия съедобная Mytilus edulis, имеющая высокую плотность поселений в данных условиях, что указывало на ее прекрасную выживаемость в условиях вольеров, при значительных колебаниях солености, температуры и других факторов среды. Кроме того, предыдущие исследования показали хорошую технологичность и реакционноспособность мидий.

Выживаемость мидий определяли путем двухнедельной экспозиции их в сетчатых садках в экстремальных условиях - низкой температуры и низкой солености воды весной. Выживаемость оказалась выше 95%.

Экспериментальное определение реакционноспособности проводилось в диапазоне естественной изменчивости факторов среды природных условий. Обнаружено, что мидии способны реагировать даже на незначительные колебания факторов среды: например, температуры - на 0.1°C (зимой), солености - на 0.2‰ (весной) - в зависимости от сезона.

При выборе параметра для биосенсорного мониторинга были исследованы как физиологические (интенсивность дыхания, скорость фильтрации и кардиоактивность), так и поведенческие параметры моллюсков. Поскольку измерение параметров физиологии в полевых условиях технически проблематично, основным показателем активности моллюска-биосенсора были выбраны его поведенческие реакции (фиг. 1), технология регистрации которых наиболее разработана и доступна. Кроме того, было установлено, что физиологические показатели слишком вариабельны, и по ним затруднительно или не всегда адекватно можно судить об изменениях внешней среды (фиг. 2).

Изменения в поведении мидий оценивали по элементарным поведенческим актам и трем параметрам движений створок моллюсков: уровню и амплитуде раскрытия створок (УРС и АМП, % от максимума) и по частоте схлопывания раковин - аддукции (АДД).

После выбора параметров мониторинга был определен диапазон и адекватность поведенческих реакций мидий в различных условиях путем определения реакций как на отдельные воздействия, так и на градиенты изменения природных факторов и загрязнения разных типов (фиг. 3-7).

На основании комплекса тестов и полученных данных был произведен окончательный выбор мидии Mytilus edulis, как организма-биосенсора для оперативного биомониторинга в данных условиях.

В дальнейшем для оперативного биомониторинга воды у вольеров с тюленями была проведена регистрация поведенческих реакций 30 экземпляров взрослых мидий (от 30 до 65 мм), собранных из естественного обрастания канатов прикрепления вольеров в непосредственной близости от вольеров и на одной с ними глубине.

Полевые эксперименты по оперативному биосенсорному мониторингу показали, что это был единственный вид-биоиндикатор, который сохранял чувствительность реакций (тесты на фоновые реакции и загрязнение) в условиях сильного опреснения и мог жить в этих условиях практически неограниченное время (тесты на выживание).

Пример 2. Для проведения биосенсорного мониторинга в губе Дальняя Зеленецкая по проекту совместных российско-французских исследований в 2012-2014 гг. в качестве организмов-биосенсоров были успешно использованы, наряду с мидиями, морские гребешки Chlamys islandica, отловленные в удаленном на несколько миль от губы месте. При выборе данного вида использовались все перечисленные выше ступени отбора организма-биосенсора.

Оперативный биомониторинг в губе производился на глубине 15 м, в условиях относительно стабильной и высокой солености воды. Из литературы и предшествующих исследований было известно, что гребешки не выносят значительных колебаний солености и тем более опреснения, но в условиях высокой (морской) солености проявляют высокую чувствительность к изменениям факторов среды. Ранее гребешки обитали в губе, но даже тогда встречались в небольших количествах. Другие потенциальные моллюски-биосенсоры на данных глубинах отсутствовали.

Выживаемость гребешков (50 экз.) в губе Дальняя Зеленецкая была проверена в течение их годовой экспозиции в садках на глубине 12-15 м, она составила 98% в среднем.

Многие признаки указывали на то, что Ch. islandica может подходить на роль организма-биосенсора. Этот моллюск-сестонофаг широко распространен и обилен в водах Мурманского прибрежья. Раковина гребешка крупная, крепкая, уплощенная; в мануальных операциях он хорошо переносит хендлинг и непродолжительное (до 30 мин) обсыхание, а также приклеивание датчиков специальным клеем, механические воздействия. Все это делает его походящим объектом по критерию технологичности. Тестирование реакционоспособности и адекватности реакций гребешка проводили аналогично с таковым у мидий как под воздействием изменения природных факторов, так и по отдельным видам загрязнения (фиг. 7-11).

Исследовались поведенческие реакции гребешка по тем же основным параметрам, что и у мидий (УРС, АМП, АДД). Результаты показали, что гребешки чувствительны ко многим воздействиям и изменениям среды, их реакции на загрязнение адекватны силе воздействия (уровню токсичности и концентрации).

Резкое увеличение частоты смыкания створок (аддукции) с увеличением температуры и наоборот отражает линейную зависимость между аддукцией и температурой (фиг. 8). Зависимость наиболее выражена в диапазоне температур в местах природного обитания моллюсков.

Тестирование гребешков показало их полное соответствие организмам-биосенсорам и их пригодность для оперативного биомониторинга прибрежных вод на глубинах от 12-15 м и более.

В последующем 16 экз. морского гребешка использовались для оперативного (он-лайн) биомониторинга водной среды в губе Дальняя Зеленецкая в 2012-2015 гг. Данные о поведении моллюсков автоматически передавались по мобильному каналу связи через Интернет в режиме реального времени.

Заявляемый способ обеспечивает эффективную работу и повышение надежности систем оперативной биоиндикации и биомониторинга, уменьшение количества сбоев, помех, ложных сигналов тревоги.

1. Способ выявления и отбора организмов-биосенсоров для оперативной биоиндикации и биомониторинга морских и пресных вод, включая питьевую и сточные воды, включающий выбор организмов-биоиндикаторов путем определения распространения и обилия вида (видов) и оценки их доступности, применение к выбранным организмам ряда тест-воздействий, отличающийся тем, что критериями отбора организмов-биосенсоров как оперативных биоиндикаторов являются определение их выживаемости, технологичности, реакционноспособности и оценка адекватности реакций, при этом сначала определяют выживаемость видов организмов - потенциальных биосенсоров - путем проведения экспериментов с размещением этих видов в конкретных условиях мониторинга (поверхность воды, толща или дно водоема), производят оценку технологичности использования организмов - потенциальных биосенсоров - путем проверки их способности переносить манипуляции в экспериментах, транспортировку, обсыхание, перепады температур и возможности использования его в определенной технической системе мониторинга и оперативной биоиндикации; затем осуществляют проверку отобранных организмов потенциальных биосенсоров на реакционноспособность путем определения скорости и устойчивости физиологических и поведенческих реакций на различные лимитирующие и нетоксичные факторы воздействия среды с установлением потенциала реагирования для каждого вида тестируемого воздействия; выбирают параметры мониторинга биосенсоров на основе повторяемости определенных реакций при одинаковых по силе воздействиях среды, проводят оценку адекватности выбранных реакций организма к интересующим факторам загрязнения среды путем их тестирования, затем определяют диапазон и пороги реакций выбранных биосенсоров на изменение загрязнения разных типов; на основании полученных данных производят окончательный отбор организмов-биосенсоров.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эксперименты по выживанию организмов-биосенсоров проводят в течение 1-2 зимних месяцев в экстремальных условиях, сходных с природными, или проводят полевые эксперименты в конкретных условиях мониторинга.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что после окончательного отбора организмов-биосенсоров из других экосистем производят создание резервной группы организмов-биосенсоров путем размещения их в условиях мониторинга в подвешенных садках.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к экологии, а именно охране окружающей среды и способам мониторинга состояния пресных водоемов методом биоиндикации для оценки антропогенного загрязнения природных водоемов ртутью.

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к методам определения нитрит-ионов, и может быть использовано при их определении в питьевых и минеральных водах.

Изобретение относится к гигиенической медицине и экологии и может найти применение при оценке санитарного состояния водоемов. Для этого определяют микробиологическую загрязненность воды.

Использование: для автоматического контроля водного теплоносителя на ТЭС и АЭС. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает последовательные операции подготовки проточной пробы путем охлаждения пробы до 10-50°C и понижения давления до атмосферного, кондуктометрического измерения электропроводности (χt) и температуры (t) прямой пробы, пропуск пробы через H-катионитовую колонку, кондуктометрического измерения электропроводности (χt H) и температуры (tH) H-катионированной пробы, приведения измеренных величин электропроводности к температуре 25°C (χ, χH), проверки на достоверность, определения разности значений электропроводностей прямой и H-катионированной пробы (χ- χH) и расчет значения pH решением системы уравнений ионных равновесий водного раствора.

Изобретение относится к газонефтедобыче и может быть использовано на стадии эксплуатации скважин газовых и газоконденсатных месторождений для определения природы воды, поступающей в продукцию скважин.

Группа изобретений относится к области охраны окружающей среды, в частности к методам и средствам биомониторинга водной среды. Способ включает проведение мониторинга качества воды путем автоматической дистанционной непрерывной регистрации в реальном масштабе времени поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, находящихся в аквариумах, через которые пропускают тестируемую воду стабилизированной температуры, а контроль качества воды проводят по изменениям состояния тест-объектов, при этом осуществляют автоматическое перенаправление тестируемой воды через три и более аквариумов, с находящимися в них водными тест-объектами, при этом подаваемый поток тестируемой воды в каждый момент времени проходит только через один аквариум, а в других - циркуляцию воды осуществляют внутри аквариумов без подачи внешней воды, причем период перенаправления потока тестируемой воды из одного аквариума в другой равен времени, достаточному для оценки поведенческих и/или физиологических реакций водных тест-объектов, смены большей части циркулируемой в аквариуме воды при скорости потока воды, обеспечивающей поддержание в ней стабильной среды для жизнеобеспечения водных тест-объектов, а контроль качества тестируемой воды проводят путем сравнения между собой результатов состояния поведенческих и физиологических реакций водных тест-объектов в моменты времени прохождения протоков тестовой воды в аквариумах.
Изобретение относится к области биологии и предназначено для биомониторинга водоема с использованием генетического состава популяций хирономид. В водоеме осуществляют отбор личинок хирономид IV стадии развития с последующей их фиксацией и приготовлением временных цитологических препаратов политенных хромосом слюнных желез личинок по ацето-орсеиновой методике.

Изобретение относится к экологии, в частности к экспресс-определению фальсификации бутилированных питьевых вод из подземных источников (скважин) и загрязнения питьевой, бутилированной и природной воды.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для определения концентрации азотсодержащих противомикробных препаратов (изиниазида, этамбутола и др.) и антибиотиков (цефалоспоринового ряда - цефазолина, цефатоксима, цефуроксима, цефалексина и др.) в исследуемых жидких средах.

Изобретение относится к определению биологической активности воды. Способ осуществляют путем разделения воды на контрольную и исследуемую части, приготовления сахарного раствора с концентрацией сахара 20%, внесения наиболее распространенных и доступных быстродействующих хлебопекарных дрожжей рода Saccharomyces, определения количества выделившегося углекислого газа и вычисления относительного показателя биологической активности водного раствора из соотношения где Vисслед.

Изобретение относится к аналитической химии и касается способа определения селена в воде. Сущность способа заключается в том, что к анализируемому раствору добавляют 0,4 мл раствора 3%-ного щелочного борогидрида натрия восстановителя, закрывают пробкой, встряхивают и оставляют на 5 мин для восстановления селена до селеноводорода. Далее прибавляют 2,0 мл 2,3-диаминонафталина (ДАН) с массовой долей 0,1% и добавляют порциями по 2 мл гексана и встряхивают по 1 мин, переносят в делительную воронку для расслаивания и разделения фаз, переносят на фильтр и фильтруют в пробирку с предыдущей порцией, поочередно 4-5 раз экстракций для количественного извлечения комплекса гидрида селена с ДАН, затем объединенный экстракт флуориметрируют. Использование способа позволяет с высокой точностью определять концентрацию селена в питьевой воде. 1 ил., 6 табл.
Наверх