Они подразумевают оценку токсических свойств загрязняющих веществ с использованием модельных живых
систем (тест-объектов). Оценка токсичности производится, как правило, в лабораторных условиях.
Методы биоиндикации основаны на наблюдениях отдельных организмов, популяции или сообществ орга-
низмов в естественной среде обитания с целью определения по их реакциям (изменениям) качества окружаю-
щей среды. В сельском хозяйстве широко применяется метод биоиндикации для диагностики питания сельско-
хозяйственных культур. Данный метод визуальной биоиндикации основан на изучении внешних признаков фи-
то- и биоценозов, которые отражают качественные изменения среды обитания.
В качестве признаков визуальной биоиндикации используется внешний вид растений. Таких признаков,
связанных с нарушением питания растений, множество, в частности: замедление роста стеблей; ветвей и кор-
ней; пожелтение; бурение; загибание листьев; «краевые ожоги»; образование гнили; одревеснение стеблей и др.
Для целей биоиндикации качества окружающей среды могут применяться популяционные и экосистемные
критерии, которые характеризуются показателями: численности и биомассы отдельных видов; соотношением в
сообществах различных видов, их распределение по обилию и т.п.
Для получения более достоверных, долгосрочных прогнозов наряду с видами-индикаторами отслеживают-
ся изменения, происходящие в популяциях устойчивых видов, способных выдерживать значительные возму-
щающие воздействия (воздействия экологически неблагоприятных факторов) в течение длительного времени.
Под влиянием загрязняющих веществ в организме происходят перестройка структуры и функции клеток.
Результаты гистологических исследований таких изменений могут свидетельствовать о качестве окружающей
среды. Злокачественный рост клеток, дегенеративные изменения или появление некротических очагов характе-
ризуют высокую степень токсичности среды обитания.
Патолого-анатомические и гистологические методы биоиндикации особое внимание уделяют изучению
репродуктивной системы, любые изменения которой непосредственно связаны с жизненно важными парамет-
рами популяции. Репродуктивная система очень чувствительна к стрессовым воздействиям, и любое нарушение
можно рассматривать как сигнал о наличии неблагоприятных изменений в окружающей среде.
Эмбриональные методы диагностики базируются на том обстоятельстве, что наиболее уязвимыми к воз-
действию внешних возмущений являются ранние стадии развития многоклеточных организмов. На стадиях
дробления и формирования зародышевых органов и тканей даже незначительные воздействия, как правило,
приводят к видимым уродствам более поздних стадий или даже гибели зародышей. В качестве биоиндикаторов
обычно используются быстро развивающиеся и дающие многочисленное потомство организмы (рыбы, моллю-
ски, земноводные, насекомые). Данные организмы могут быть использованы и как тест-объекты для биотести-
рования окружающей среды.
Более тонкими и точными методами биодиагностики являются иммунологические и генетические методы.
Иммунологические – основаны на измерениях показателей иммунной системы под воздействием внешних
возмущающих факторов. В результате любого рода отрицательного воздействия на иммунную систему живых
организмов в первую очередь изменяется функциональное состояние иммунокомпетентных клеток – спленоци-
тов и лимфоцитов. При введении в клетки организма специальных веществ – стандартных мутагенов (липопо-
лисахаридов и др.) – в зависимости от вида воздействия ингибирование реакции может свидетельствовать о
нарушении иммунологического статуса организма.
Генетические методы позволяют анализировать генетические изменения, возникающие вследствие небла-
гоприятных внешних воздействий. Появление таких изменений характеризует мутагенную активность среды, а
возможность их сохранения в клеточных популяциях отражает эффективность иммунной потенции организма.
В нормальных условиях большая часть генетических аномалий удаляется из популяций посредством им-
мунной системы организма. Наличие таких аномалий можно использовать в качестве индикатора стресса, ве-
дущего к продукции аномальных клеток и снижению способности иммунной системы организма их уничто-
жать.
Такое разнообразие методов биоиндикации говорит об их несовершенстве. Действительно, биоиндикация
предусматривает контроль уже состоявшегося или происходящего загрязнения компонентов окружающей сре-
ды по функциональным характеристикам их обитателей и экологическим характеристикам организмов.
Разработка единой системы показателей токсичного загрязнения окружающей среды на сегодняшний день
встречает серьезные трудности. Постепенные изменения видового состава формируются в результате длитель-
ного отравления и становятся явными в случае далеко зашедших изменений. Таким образом, видовой состав не
даёт оценки на момент исследования. В этом плане методы биоиндикации загрязнения окружающей среды
инерционны. В холодное время года системы биологической индикации малоэффективны.
Однако отличительная простота методов оценки экологической обстановки методами биоиндикации, от-
сутствие потребности в специальном инструментальном обеспечении являются их бесспорным достоинством.
Умение объединить в комплексную форму биоиндикацию, биотестирование и химико-аналитические ме-
тоды диагностики экологической обстановки позволяет минимизировать затраты на исследования. Именно
комплексное использование методов обеспечивает перспективу биоиндикации.
Методы биотестирования. Биотестирование как способ интегральной оценки токсичности загрязнений
уже достаточно давно используется в системе мониторинга качества окружающей среды за рубежом и начинает
применяться в нашей стране. Аргументами в пользу целесообразности использования подходов биотестирова-
ния качества окружающей среды являются их универсальность, экспрессность, простота, доступность и деше-
визна. Высокая чувствительность тест-организмов к действию загрязняющих веществ привела ряд специали-
стов даже к идее о возможности полной замены всех гигиенических нормативов единственным критерием ка-
чественной оценки окружающей среды на основе биотестирования. Это определило необходимость изучения
эффективности последнего. В частности, для выявления залповых сбросов загрязняющих веществ в водные
объекты и особенно в целях обнаружения резких изменений качества питьевой воды биотестирование имеет
значение как сигнальный показатель экспресс-контроля, позволяющий уже в течение одного часа получить
данные интегральной оценки токсичности воды и принять необходимые меры для защиты населения, в то вре-
мя как органолептические свойства воды могут оставаться без изменения, а на идентификацию веществ, посту-
пивших в воду, химическими методами требуется несколько часов и даже суток.
В настоящее время особое внимание уделяется приёмам токсикологического биотестирования, т.е. исполь-
зования в контролируемых условиях биологических объектов в качестве средства выявления суммарной ток-
сичности воды.
При оценке биологического действия загрязняющих веществ интактные организмы или их сообщества
специально вводятся в испытуемую среду. Таким образом, режим воздействия задаётся заранее. Для исследова-
ния общетоксикологических закономерностей применяются разнообразные методы практически из любой сфе-
ры биологии и смежных научных областей. Обобщающей основой таких исследований оказывается воздейст-
вие загрязняющих веществ, других факторов среды или их совокупности на систему биологического происхо-
ждения. Это может быть биохимическая система – выделенный элемент клеточной структуры организма; раз-
личные показатели функции и структуры организма; интегральные характеристики организма; параметры, ха-
рактеризующие состояние популяций, сообществ, организмов и экосистем.
В зависимости от поставленных задач предъявляются различные требования к методам и всей системе
биотестирования (постановка опытов и оценка результатов). В качестве объектов биотестирования применяют-
ся разнообразные организмы – бактерии, водоросли, высшие растения, пиявки, моллюски, рыбы и др. Каждый
из организмов имеет свои преимущества, но ни один организм не может служить универсальным объектом.
Растения могут оказаться наиболее чувствительными к присутствию в среде гербицидов, дафнии – к присутст-
вию инсектицидов и т.д. Кроме того, тест-реакция может выявить токсикант по его функции-мишени, напри-
мер, пропанид избирательно поражает фотосинтетический аппарат водорослей. В связи с этим для гарантиро-
ванного выявления присутствия токсического объекта неизвестного химического состава должен использовать-
ся набор различных групп, представителей водного сообщества. С введением каждого дополнительного объек-
та эффективность схемы испытаний повышается, однако нет смысла бесконечно расширять ассортимент обяза-
тельных объектов для использования в такой оценке.
Оптимальной может быть система, в которую включено три – пять видов, состояние которых оценивается
по параметрам относящихся к разным уровням интегральности (например, по одному виду водных растений,
беспозвоночных и рыб). Для контроля самого тест-объекта необходима периодическая постановка опытов с
некоторым стандартным токсикантом в одной и той же концентрации. Этот контроль позволяет оценить изме-
нение реактивности тест-объекта на стандартное токсическое воздействие. В качестве такого токсиканта часто