RU2245367C2 - Method for biotesting water and aqueous extract samples - Google Patents
Method for biotesting water and aqueous extract samples Download PDFInfo
- Publication number
- RU2245367C2 RU2245367C2 RU2002119432/13A RU2002119432A RU2245367C2 RU 2245367 C2 RU2245367 C2 RU 2245367C2 RU 2002119432/13 A RU2002119432/13 A RU 2002119432/13A RU 2002119432 A RU2002119432 A RU 2002119432A RU 2245367 C2 RU2245367 C2 RU 2245367C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- daphnia
- water
- biotesting
- chamber
- toxicity
- Prior art date
Links
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к биологии и предназначено для биотестирования проб воды и водных вытяжек.The present invention relates to biology and is intended for biotesting water samples and water extracts.
Любая патология (в том числе вызываемая токсикантами) развивается вследствие нарушения гомеостаза, который следует понимать как постоянное уравновешивание функций организма с колебаниями внешней среды, т.е. как поддержание структуры и функции организма в границах нормы.Any pathology (including that caused by toxicants) develops as a result of a violation of homeostasis, which should be understood as a constant balancing of body functions with environmental fluctuations, i.e. as maintaining the structure and function of the body within normal limits.
Гомеостаз регулируется нервной и нейроэндокринной системами. Первой принадлежит решающая роль, поскольку она контролирует все процессы организма. Идеи нервизма, разработанные И.П.Павловым, нашли свое развитие во многих работах патологов [2, 3, 4, 6]. Принцип нервной регуляции распространяется и на токсикологию водных животных [7]. Действие токсических веществ основано на вмешательстве их в биохимические процессы организма, которые обеспечивают функционирование определенных органов и систем и определяют конечные ответные реакции.Homeostasis is regulated by the nervous and neuroendocrine systems. The first has a decisive role, because it controls all the processes of the body. The ideas of nervousness developed by IP Pavlov were developed in many works by pathologists [2, 3, 4, 6]. The principle of nervous regulation extends to the toxicology of aquatic animals [7]. The action of toxic substances is based on their interference in the biochemical processes of the body, which ensure the functioning of certain organs and systems and determine the final response.
Знания физиолого-биохимических основ действия токсичных веществ крайне важны для разработки мероприятий по диагностике, классификации отравлений водных животных. В последнее время они приобретают особую актуальность и практическую направленность в связи с необходимостью развития методов биотестирования токсикантов в водной среде.Knowledge of the physiological and biochemical principles of the action of toxic substances is extremely important for the development of measures for the diagnosis and classification of aquatic animal poisoning. Recently, they have become particularly relevant and practical in connection with the need to develop methods for bioassaying toxicants in the aquatic environment.
Поведенческие реакции у животных - одно из средств приспособления к окружающей среде и ее изменениям. От тропизмов у растений они отличаются участием эффекторов - специальных органов или клеток, реализирующих полученные от рецепторов сигналы [1].Behavioral reactions in animals are one of the means of adaptation to the environment and its changes. They differ from tropisms in plants by the participation of effectors — special organs or cells that realize signals received from receptors [1].
На фоне световых ритмов у гидробионтов вырабатываются определенные ритмы жизнедеятельности. Сюда относятся не только ритмы активности, но и другие: репродуктивная (спаривание, откладка яиц), онтогенетические (линька, вылупление молоди), метаболическая (питание, выделение дыхания), биохимическая и др. Наличие этих ритмов у водных беспозвоночных неоспоримо доказывает, что в водной среде свет играет такую же важную роль, как и на суше, изменяя количественные показатели жизненно важных процессов у ее обитателей.Against the background of light rhythms, hydrobionts develop certain rhythms of vital activity. This includes not only activity rhythms, but also others: reproductive (mating, egg laying), ontogenetic (molting, hatching juveniles), metabolic (nutrition, breathing), biochemical, etc. The presence of these rhythms in aquatic invertebrates indisputably proves that in In an aquatic environment, light plays the same important role as on land, changing the quantitative indicators of vital processes in its inhabitants.
Простейший пример поведенческой реакции - таксис, или двигательная реакция, осуществленная без участия центральной нервной системы в ответ на внешний стимул. В тех случаях, когда этим стимулом является свет, различают фототаксис, фотосинтез и фотофобную реакцию. Фототаксис представляет собой ориентированную реакцию по отношению к источнику света. Фотосинтез, или изменение скорости движения в зависимости от интенсивности освещения, может рассматриваться как по отношению к целому организму, так и по отношению некоторых органов, например фильтрационного аппарата у морских желудей. Фотофобные реакции заключаются в избегании освещенности (у простейших).The simplest example of a behavioral reaction is taxis, or a motor reaction carried out without the participation of the central nervous system in response to an external stimulus. In cases where this stimulus is light, phototaxis, photosynthesis, and photophobic reaction are distinguished. Phototaxis is an oriented response to a light source. Photosynthesis, or a change in the speed of movement depending on the intensity of lighting, can be considered both in relation to the whole organism, and in relation to some organs, for example, the filtration apparatus in sea acorns. Photophobic reactions are to avoid illumination (in protozoa).
Наиболее широко изучено действие на фототаксис интенсивности освещения. Установлено изменение знака фототаксиса с положительного на отрицательный при воздействии максимальных (в пределах естественного интервала) величин освещенности у беспозвоночных [8, 9, 11]. В некоторых случаях отмечен порог фототаксиса [12], выраженный определенной величиной интенсивности освещения. Такой порог установлен для циклопов, креветок [10].The most widely studied effect on the phototaxis of light intensity. A change in the sign of phototaxis from positive to negative when exposed to the maximum (within the natural interval) values of illumination in invertebrates [8, 9, 11]. In some cases, a phototaxis threshold was noted [12], expressed by a certain amount of illumination intensity. Such a threshold has been established for cyclops and shrimp [10].
Оценка токсичности загрязняющих веществ для гидробионтов основывается на использовании тестов, которые наиболее полно и надежно отражают благополучие организма. Это - выживаемость, размножение, плодовитость и качество потомства. Однако исследование таких биологических процессов трудоемко, дорогостояще и возможно лишь на ограниченном числе видов. Поэтому в последнее время стали уделять все больше внимания физиолого-биохимическим и поведенческим реакциям, при помощи которых можно выявить патологию, вызываемую токсикантами задолго до нарушения целостных ответов организма [7].Assessment of toxicity of pollutants for aquatic organisms is based on the use of tests that most fully and reliably reflect the well-being of the body. These are the survival, reproduction, fertility and quality of the offspring. However, the study of such biological processes is laborious, expensive and possible only on a limited number of species. Therefore, lately, more and more attention has been paid to physiological, biochemical and behavioral reactions, with the help of which it is possible to identify the pathology caused by toxicants long before the violation of the body's integral responses [7].
Для широкого использования в качестве “экологически весомых” показателей должны применяться такие физиолого-биохимические параметры, которые отражают нарушения целостных реакций организма.For widespread use, as “environmentally significant” indicators, physiological and biochemical parameters should be used that reflect violations of the body's integral reactions.
Обнаружено влияние качества воды на распределение водных животных по отношению к свету. В качестве прототипа выбрана методика определения отношения к свету у водных животных, заключающаяся в использовании альтернативных камер, где животному приходится выбирать между темнотой и светом. Причем животных помещают в камеру выбора, из которой есть достаточно большой выход в освещенную и неосвещенную камеру [7]. Если токсикант угнетает или, наоборот, усиливает подвижность животных, их распространение в камерах становится равномерным независимо от отношения к свету.The effect of water quality on the distribution of aquatic animals in relation to light was found. As a prototype, the method of determining the relation to light in aquatic animals was chosen, which consists in the use of alternative chambers, where the animal has to choose between darkness and light. Moreover, the animals are placed in the camera of choice, from which there is a sufficiently large exit into the illuminated and unlit chamber [7]. If the toxicant inhibits or, conversely, enhances the mobility of animals, their distribution in the chambers becomes uniform regardless of their relationship to light.
Целью изобретения является создание простого и доступного способа тестирования, основанного на поведенческой реакции фототаксиса.The aim of the invention is to provide a simple and affordable testing method based on the behavioral response of phototaxis.
Эта цель достигается благодаря способу биотестирования, основанному на оценке времени выхода дафний из “темновой” камеры на свет. Отличие прелагаемого способа заключается в том, что животным не представляется альтернативы выбора, все они помещаются в темновую камеру, из которой есть только один выход на источник рассеянного света. При данном способе принципиально иной механизм ориентации, состоящий в отыскании направления на источники стимуляции (свет) и движения по этому направлению. В связи с ограничением диаметра выходного отверстия у темновой камеры практически исключается перераспределение дафний в зависимости от изменения двигательной активности при воздействии токсичных веществ.This goal is achieved thanks to the biotesting method, based on the assessment of the time of daphnia exit from the “dark” chamber to the light. The difference of the proposed method lies in the fact that the animals do not have an alternative choice, they are all placed in a dark chamber, from which there is only one exit to a source of scattered light. With this method, a fundamentally different orientation mechanism, consisting in finding the direction to the sources of stimulation (light) and movement in this direction. Due to the limitation of the diameter of the outlet at the dark chamber, redistribution of daphnia depending on changes in motor activity when exposed to toxic substances is practically eliminated.
Порядок проведения тестирования следующий: в тестируемый раствор помещают садок из газа, в котором находятся 5 дафний. После нахождения в тестируемом растворе в течение 60 минут животных помещают в “темновую” камеру, которая предварительно погружена в лабораторный стакан емкостью 500 мл, заполненный водой для культивирования. Камера представляет собой куб с размерами 60×60×60 мм, изготовленный из черного органического стекла с крышкой из этого же материала. В центре боковой поверхности находится отверстие, через которое животные могут покидать “темновую” камеру. Диаметр отверстия зависит от размеров дафний, применяемых для биотестирования. Так, при использовании в эксперименте суточной молоди дафний диаметр выходного отверстия должен быть 1 мм, половозрелых особей - 2,5 мм. Диаметры этих отверстий обусловлены размерами животных. Выметанная молодь имеет размеры 0,7-0,9 мм в длину, к моменту половозрелости самки достигают 2,2-2,4 мм, самцы - 2,0-2,1 мм. При проведении эксперимента уровень жидкости в лабораторном стакане и камере тестирования должен быть одинаковым. При этом выходное отверстие должно быть в слое жидкости. Параллельно ставится опыт, в котором вместо тестируемого раствора используется вода для культивирования дафний.The order of testing is as follows: a gas cage containing 5 daphnia is placed in the test solution. After being in the test solution for 60 minutes, the animals are placed in a “dark” chamber, which is previously immersed in a 500 ml beaker filled with water for cultivation. The camera is a cube with dimensions of 60 × 60 × 60 mm, made of black organic glass with a lid of the same material. In the center of the lateral surface is a hole through which animals can leave the “dark” chamber. The diameter of the hole depends on the size of the daphnia used for biotesting. So, when using diurnal juveniles in the experiment, the Daphnia diameter of the outlet should be 1 mm, and mature individuals - 2.5 mm. The diameters of these holes are determined by the size of the animals. The emptied juveniles are 0.7-0.9 mm long, by the time of maturity the females reach 2.2-2.4 mm, and the males 2.0-2.1 mm. During the experiment, the liquid level in the beaker and the test chamber should be the same. In this case, the outlet must be in the liquid layer. In parallel, an experiment is set up in which instead of the test solution, water is used to cultivate Daphnia.
Тест-функцией является время отклика на световой раздражитель. Средством испытания является “темновая” камера, а критерием токсичности достоверное отличие во времени поведенческой реакции (фототаксиса) опытной пробы по сравнению с контрольной пробой.The test function is the response time to a light stimulus. The test tool is a “dark” chamber, and the toxicity criterion is a significant difference in the time of the behavioral reaction (phototaxis) of the experimental sample compared to the control sample.
При обработке результатов эксперимента проводят сравнение показателей подопытных и контрольных дафний. Определение достоверности отклонения от контроля осуществляется методами вариационной статистики [5]. При этом вычисляют:When processing the results of the experiment, a comparison is made between the experimental and control daphnia. The reliability of deviations from control is determined by the methods of variation statistics [5]. In this case, calculate:
М - среднее арифметическое значение показателяM - the arithmetic mean value of the indicator
где Vi - отдельное значение показателя; n - количество повторностей;where Vi is the individual value of the indicator; n is the number of repetitions;
Σ - знак суммирования; δ - среднеквадратичное отклонениеΣ is the summation sign; δ is the standard deviation
m - ошибка среднего арифметическогоm is the error of the arithmetic mean
Δ - доверительный интервалΔ - confidence interval
Где tSt - табличная величина, критерий Стьюдента. В данном случае для его определения принимают уровень значимости Р=0,05 и степень свободы n-1; t4 - критерий достоверности разностиWhere t St - tabular value, student criterion. In this case, for its determination, a significance level of P = 0.05 and a degree of freedom of n-1 are adopted; t 4 - criterion of reliability of the difference
где M1, М2 - сравниваемые средние величины (в контроле и тестируемых пробах); m
В данном случае для его определения принимают уровень значимости Р=0,05 и степень свободы n1+n2-2.In this case, for its determination, a significance level of P = 0.05 and a degree of freedom n 1 + n 2 -2 are taken.
Если рассчитанное значение t4 больше или равно значению критерия Стьюдента (t4>tSt), отклонение результатов биотестирования от контроля достоверно. На этом основании можно сделать вывод о том, что тестируемая проба воды оказывает токсическое действие на дафний.If the calculated value of t4 is greater than or equal to the value of the Student criterion (t 4 > t St ), the deviation of the biotesting results from the control is significant. Based on this, it can be concluded that the tested water sample has a toxic effect on daphnia.
Способ предназначен для быстрого контроля степени интегральной токсичности проб растворов экотоксикантов, воды и водных вытяжек различных объектов окружающей среды в лабораторных и полевых условиях.The method is intended for quick control of the degree of integral toxicity of samples of solutions of ecotoxicants, water and aqueous extracts of various environmental objects in laboratory and field conditions.
Способ был использован при биотестировании проб воды и водных вытяжек, содержащих антихолинэстеразные соединения (фосфорорганические и карбаматы), в диапазоне среднелетальных концентраций этих веществ 1·10-2-1·10-5 мг/л, что приближает определение антихолинэстеразных соединений при помощи этих гидробионтов с применением предложенного способа биотестирования к чувствительности методов газожидкостного хроматографического анализа.The method was used in biotesting water samples and aqueous extracts containing anticholinesterase compounds (organophosphorus and carbamates) in the range of average lethal concentrations of these substances 1 · 10 -2 -1 · 10 -5 mg / l, which approximates the determination of anticholinesterase compounds using these hydrobionts using the proposed biotesting method to the sensitivity of gas-liquid chromatographic analysis methods.
Литература:Literature:
1. Вилли К., Датье В. Биология, 1974.1. Willy K., Datier W. Biology, 1974.
2. Горизонтов П.Д. Вопросы патологической физиологии в трудах И.П.Павлова. М., 1952. - 314 с.2. Horizons P.D. Issues of pathological physiology in the works of I.P. Pavlov. M., 1952.- 314 p.
3. Горизонтов П.Д. Резистентность и поражение. Вопросы общей патологии // Патологическая физиология экспериментальных состояний. М., 1973. С.7-35.3. Horizons P. D. Resistance and defeat. Questions of general pathology // Pathological physiology of experimental conditions. M., 1973. S. 7-35.
4. Иванов-Смоленский А.Г. Очерки патофизиологии высшей нервной деятельности (по данным И.П.Павлова и его школы). М., 1952. - 387 с.4. Ivanov-Smolensky A.G. Essays on the pathophysiology of higher nervous activity (according to I.P. Pavlov and his school). M., 1952. - 387 p.
5. Плохинский Н.А. Математические методы в биологии / учебно-метод. пособие. - М: МГУ, 1978, 340 с.5. Plokhinsky N.A. Mathematical methods in biology / educational method. allowance. - M: Moscow State University, 1978, 340 p.
6. Сперанский А.Д. Элементы построения теории медицины /Избр. труды. М., 1955. - 404 с.6. Speransky A.D. Elements of the construction of the theory of medicine / Izb. works. M., 1955. - 404 p.
7. Флеров Б.А. Эколого-физиологические аспекты токсикологии пресноводных животных. - Л.: “Наука”, 1989.7. Flerov B.A. Ecological and physiological aspects of the toxicology of freshwater animals. - L .: “Science”, 1989.
8. Aiken D., Hailman G. // Can. J. Zool. 1978. Vol.56, №4. P.708-711.8. Aiken D., Hailman G. // Can. J. Zool. 1978. Vol. 56, No. 4. P.708-711.
9. Bourdilion A., Castelbon Ch. // Vision invertebres, Paris, 1984. P.202-209.9. Bourdilion A., Castelbon Ch. // Vision invertebres, Paris, 1984. P.202-209.
10. Бурба А., Максимов Ю., Плярпа А. // Acta hydrobiologia Lituanica. 1977, №6. S.93-100.10. Burba A., Maksimov Yu., Plyarpa A. // Acta hydrobiologia Lituanica. 1977, No. 6. S.93-100.
11. Rimet V // Bull. Sci. Zool. France. 1979. №2-3. Р.342-357.11. Rimet V // Bull. Sci. Zool. France 1979. No. 2-3. R. 342-357.
12. Swift V., Forward R. // J. Plancton Res. 1983. Vol.5, №3. P.407-415.12. Swift V., Forward R. // J. Plancton Res. 1983. Vol. 5, No. 3. P.407-415.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002119432/13A RU2245367C2 (en) | 2002-07-17 | 2002-07-17 | Method for biotesting water and aqueous extract samples |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002119432/13A RU2245367C2 (en) | 2002-07-17 | 2002-07-17 | Method for biotesting water and aqueous extract samples |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002119432A RU2002119432A (en) | 2004-03-27 |
RU2245367C2 true RU2245367C2 (en) | 2005-01-27 |
Family
ID=35139230
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002119432/13A RU2245367C2 (en) | 2002-07-17 | 2002-07-17 | Method for biotesting water and aqueous extract samples |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2245367C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492473C2 (en) * | 2011-06-08 | 2013-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | Method of biotesting on seed germination |
RU2499256C2 (en) * | 2011-12-07 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | Method of biotesting of water contaminated with crude oil according to length of test plant roots |
RU2730610C1 (en) * | 2020-03-31 | 2020-08-24 | Автономная некоммерческая организация «Институт социально-экономических стратегий и технологий развития» | Method for detecting biological value of vegetable products grown in closed agrobiotechnological systems |
-
2002
- 2002-07-17 RU RU2002119432/13A patent/RU2245367C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ФЛЕРОВ Б.А. Эколого-физиологические аспекты токсикологии пресноводных животных. Л.; Наука, 1989, с.40, 52. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2492473C2 (en) * | 2011-06-08 | 2013-09-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | Method of biotesting on seed germination |
RU2499256C2 (en) * | 2011-12-07 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | Method of biotesting of water contaminated with crude oil according to length of test plant roots |
RU2730610C1 (en) * | 2020-03-31 | 2020-08-24 | Автономная некоммерческая организация «Институт социально-экономических стратегий и технологий развития» | Method for detecting biological value of vegetable products grown in closed agrobiotechnological systems |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002119432A (en) | 2004-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Snell et al. | Acute toxicity bioassays using rotifers. I. A test for brackish and marine environments with Brachionus plicatilis | |
Håkanson et al. | Regularities in primary production, Secchi depth and fish yield and a new system to define trophic and humic state indices for lake ecosystems | |
Kahle et al. | Bioaccumulation of trace metals in the copepod Calanoides acutus from the Weddell Sea (Antarctica): comparison of two-compartment and hyperbolic toxicokinetic models | |
Moschino et al. | Biomonitoring approach with mussel Mytilus galloprovincialis (Lmk) and clam Ruditapes philippinarum (Adams and Reeve, 1850) in the Lagoon of Venice | |
Brix et al. | Chronic toxicity of arsenic to the Great Salt Lake brine shrimp, Artemia franciscana | |
Fonseca et al. | Fish community-based measures of estuarine ecological quality and pressure–impact relationships | |
Runge et al. | End of the century CO2 concentrations do not have a negative effect on vital rates of Calanus finmarchicus, an ecologically critical planktonic species in North Atlantic ecosystems | |
Ürkmez et al. | Use of nematode maturity index for the determination of ecological quality status: a case study from the Black Sea | |
Traversetti et al. | The Hydra regeneration assay reveals ecological risks in running waters: a new proposal to detect environmental teratogenic threats | |
Bouyoucos et al. | The power struggle: assessing interacting global change stressors via experimental studies on sharks | |
Eismann et al. | Predicting trace metal exposure in aquatic ecosystems: evaluating DGT as a biomonitoring tool | |
Jouanneau et al. | Blood mercury concentrations in four sympatric gull species from South Western France: Insights from stable isotopes and biologging | |
Alvarado-Flores et al. | Bioconcentration and localization of lead in the freshwater rotifer Brachionus calyciflorus Pallas 1677 (Rotifera: Monogononta) | |
Bray et al. | Can SPEcies At Risk of pesticides (SPEAR) indices detect effects of target stressors among multiple interacting stressors? | |
Wang et al. | Bioenergetic responses in green lipped mussels (Perna viridis) as indicators of pollution stress in Xiamen coastal waters, China | |
Svigruha et al. | Presence, variation, and potential ecological impact of microplastics in the largest shallow lake of Central Europe | |
RU2245367C2 (en) | Method for biotesting water and aqueous extract samples | |
Kahle et al. | Bioaccumulation of trace metals in the Antarctic amphipod Orchomene plebs: evaluation of toxicokinetic models | |
RU2726128C1 (en) | Method of organizing ecological studies of the marine environment using a system of stationary biostations within the framework of industrial environmental monitoring | |
Kahle et al. | Bioaccumulation of trace metals in the calanoid copepod Metridia gerlachei from the Weddell Sea (Antarctica) | |
CN111051879B (en) | Method for detecting the presence of contaminants in liquids | |
Xi et al. | Effect of thiophanate-methyl on the reproduction and survival of the freshwater rotifer Brachionus calyciflorus Pallas. | |
RU2758337C1 (en) | Method for conducting environmental monitoring using aquaculture | |
Shashkova et al. | Impact of heavy metals on the trophic activity of daphnia depending on feeding conditions and age of crustaceans | |
Arifianto et al. | Minnow trap color effectiveness test using cat food bait as aquatic sampling gear on diurnal fish in Gajah Mungkur Reservoir, Cental Java, Indonesia |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050718 |