Введение к работе
Актуальность работы.
В связи с постоянно увеличивающейся антропогенной нагрузкой на окружающую среду и возрастанием количества загрязняющих веществ возникает острая необходимость контроля токсичности, биологической вредности, водных сред' питьевой, природной и сточных вод Контроль токсичности с использованием биологических методов, в отличие от химико-аналитических, позволяет учитывать ее изменение при грансформации загрязняющих веществ, образовании различных комплексов и смесей Для получения показателей токсичности водных сред необходимо применять несколько организмов различных системагических групп, объединенных в трофическую цепь. Такими важными звеньями трофической цепи простейших, мелких ракообразных являются бактерии Достоинствами использования бактерий при контроле токсичности являются возможность их получения пользователем в больших количествах для опытов из готовых, широко доступных споросодержащих фармацевтических препаратов медицинского назначения, уменьшение сшимости тестирования по сравнению с применением многоклеточных организмов и получение статистически значимой реакции
Для контроля токсичности водных сред целесообразно использовать количественно регистрируемые реакции организмов с помощью аппаратурных методов Они обеспечивают объективность получения показателей токсичности большого объема проб и снижают трудоемкость Недостаток разработанных в настоящее время методов и средств контроля токсичности заключается в том, что используемые в них организмы не связаны трофически
В качестве возможной количественно измеряемой реакции перспективен полосовой бактериальный хемотаксис Он проявляется в подъеме плоского слоя, проецирующегося на стенку сосуда в виде тонкой полосы. Высота подъема полосы уменьшается при действии токсических веществ Применение этой реакции для аппаратурного контроля токсичности водных сред сдерживается отсутствием удобных для пользователя методов, малой изученностью воздействий токсичных веществ на тест-реакцию, сложностью аппаратуры для ее регистрации
Таким образом, актуальность проблемы, лежащей в основе данной диссертации, обусловлена необходимостью разработки нового экспрессного метода контроля токсичности водных сред и новых аппаратурных средств для регистрации популяционной реакции бактериального хемотаксиса
Целью диссертационной работы является разработка метода аппаратурного контроля токсичности водных сред по экспресс-реакции бактериального полосового хемотаксиса.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
*>ос. и
Г.'
>'>ИАЯ
-
Обосновать выбор безвредного бактериального организма, обладающего полосовым хемотаксисом и методику его организации для аппаратурного контроля Разработать способ полупения бактериальных организмов для массовых опытов
-
Исследовать воздействие биологических и физических факторов на полосовой хемотаксис, возможность его применения для экспресс-контроля острой токсичности различных водных сред Выделить информативные, аппаратурно-регистрируемые характеристики полосового хемотаксиса, отражающие воздействие на данную реакцию бактерий токсичных водных сред.
-
Разработать и исследовать модели измерительных преобразователей для получения аппаратурно-регистрируемых характеристик полосового хемотаксиса, разработать на их основе аппаратурные средства
-
Провести экспериментальные исследования аппаратурных средств, позволяющие проверить полученный метод и теоретические зависимости
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы биотехнологии, физико-математического моделирования, микробиологии, статистики, фотометрии взвесей частиц
Объектами исследования данной работы является метод и средства биотестирования с использованием бактериального организма, предназначенные для применения в области экологического мониторинга
Научные положения, выносимые на защиту: - для контроля токсичности широкого круга природных и техногенных сред с помощью реакции бактериального полосового хемотаксиса следует учитывать взаимодействие биологических и физических факторов, оказывающих влияние на формирование и проіекание данной реакции,
концентрация бактериальных клеток в полосе, близкая по распределению к нормальному, мало изменяющаяся в процессе подъема, позволяет производить ее регистрацию с помощью турбидимеїрических измерительных преобразователей на основе линейки фотоприемников или фотоприемника с функциональной маской треугольной формы, для увеличения отношения световых потоков, прошедшего через полосу к фоновому, необходимо учитывать геометрию фотосенсоров
Научные результаты. При выполнении диссертационной работы получены следующие научные результаты
предложены критерии выбора бактериальных организмов для контроля острой токсичности водных сред, обладающих реакцией полосового хемотаксиса,
исследованы особенности спектра пропускания бактериального слоя и влияния на реакцию полосового хемотаксиса биологических и физических факторов, позволяющие выявить условия разрушения бактериального слоя при взаимодействии с границами сред,
разработаны модели турбидиметрических измерительных
преобразователей для получения количественных характеристик реакции полосового хемотаксиса;
разработан метод экспресс-контроля острой токсичности водных сред с использованием споросодержащих препаратов промышленного производства, основанный на бактериальной реакции полосового хемотаксиса
Практическую ценность работы для экологического мониторинга представляют
методика получения бактериальных организмов с использованием споросодержащих препаратов и организации реакции полосового хемотаксиса для контроля острой токсичности пресной и солоноватых водных сред,
метод экспресс-контроля токсичности природной, питьевой и сточных вод с учетом биологических и физических факторов воздействия на реакцию полосового хемотаксиса;
- рекомендации к выбору источников и приемников излучения, необходимых для контроля реакции полосового хемотаксиса,
структурные схемы аппаратурных средств для контроля реакции полосового хемотаксиса, представляющие собой элемент биотехнической системы,
результаты экспериментальных исследований аппаратурных средств контроля полосового хемотаксиса
Внедрение результатов работы. Результаты теоретических и прикладных исследований, полученных в диссертационной работе, использовались при выполнении в 2002-2004 гг научно-исследовательской работы "Исследование биотехнических проблем создания многоканальных приборов с микробиологическими измерительными преобразователями для контроля сложных сред" номер іос регистрации 01200312014
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных
конференциях по Мягким вычислениям и измерениям -Санкт-Петербург,
2002, 2003, 2004, научно-практических конференциях «Проблемы
прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций и их
последствий» - Санкт-Петербург, 2002, 2003, всероссийской научно-
техническая конференции "Информационные технологии и модели в
решении современных проблем экологии" - Тула, 2002, восьмой
международной научно-технической конференции студентов и аспирантов
"Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" - Москва, 2002, на III
международном конгрессе "Слабые и сверхслабые поля и излучения в
биологии и медицине" и на Научно-технических конференциях
профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского
государственного электротехнического Университета (ЛЭТИ) 2003 и 2004 годов.
Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из них - пять статей, тезисы к шести докладам на международных и российских научно-технических конференциях, одно учебное пособие.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 87 наименований, и 2-х приложений. Основная часть работы изложена на 103 страницах машинописного текста. Работа содержит 10 таблиц и 51 рисунок.
Автор выражает благодарность к.т.н., доц. Пожарову А.В. и к.б.н., доц. Ананьевой Е.П. за оказанную помощь при написании диссертации.
