Биофизический подход

Биофизические методы контроля качества среды всегда основаны на инструментальном определении нарушений биохимических и биофизических процессов тест-организмов. Одни из них регистрируют изменения функций мембранных структур клеток, другие оценивают показатели электропроводности тканей, третьи — способность генерировать электрические потенциалы и т.д.

Для контроля состояния важнейших функциональных систем организмов наибольшее распространение получили люминесцентные и флуориметрические методы. Они обладают высокой чувствительностью, позволяют проводить количественные измерения в режиме реального времени, а в ряде случаев и автоматизировать процесс измерения. Люминесцентные и флуориметрические методы в ряде случаев дают возможность не только экспрессно тестировать качество среды, но и проводить, например, детальный анализ состояния фитопланктонного сообщества, а также прогнозировать его развитие. Высокая скорость измерения позволяет анализировать получаемую информацию непосредственно по ходу экспедиционных работ и вносить коррективы в планы исследования. Представленная методология и комплексное использование люменометрической и флуорометрической аппаратуры могут дать информацию о пространственно-временной изменчивости биофизических и физиологических процессов, определяющих нормальное функционирование биосистем, а также могут служить составной частью системы экологического мониторинга. Особо следует отметить перспективы использования данных флуоромет- рического анализа фитоценоза локальных территорий (как опорных точек) в сочетании со спутниковой информацией о цветности и аэрокосмического контроля среды.
Приборы для оценки фотосинтетической активности фототро- фов в лабораторных и полевых условиях. Приведем краткое описание приборных комплексов, разработанных коллективом сотрудников кафедры биофизики биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Компактный погружной импульсный флуо- риметр позволяет проводить зондирование параметров флуоресценции с одновременной регистрацией температуры и подводной освещенности на всех глубинах фотического слоя, где освещенность достаточна для протекания реакций фотосинтеза (от О до 200 м). Прибор состоит из погружаемого зонда (9 кг, 25 см диаметром), бортового блока питания, соединенного с зондом, и с IBM-совместимым компьютером, который управляет процессом измерений по алгоритму, задаваемому пользователем. Прибор питается от сети 220 В или от аккумулятора 12 В. Регистрирующая часть зонда состоит из термометра, датчика подводной освещенности, фотоприемника (фотоумножителя), усилителя сигналов, аналого-цифрового преобразователя, интерфейса связи с компьютером и двух независимых импульсных источников света с длительностью вспышек 0,01 мс (спектральная область 400 — 480 нм).
Использование в зонде датчика подводной освещенности позволяет по измерению переменной флуоресценции FJFm и освещенности оценивать фотосинтетическую продукцию. Измерение всех параметров производится автоматически, а результаты выводятся на экран компьютера в реальном масштабе времени в виде графиков, отражающих вертикальный профиль температуры, подводной освещенности, концентрации и активности водорослей при погружении флуориметра.
Глубина погружения зонда определяется глубиной фотического слоя (обычно несколько десятков метров).

Скорость погружения, как правило, составляет 30 — 50 см с-1. Математическая обработка данных ведется в автоматическом режиме с использованием стандартных процедур в программе Statistica.
Подобные зонды могут быть рекомендованы для изучения динамики токсичности водоемов, а также для быстрой оценки реакций природных популяций фитопланктона на различные антро

погенные и природные воздействия в акваториях со сложным гидрологическим режимом.
Приборы для оценки биолюминесценции. Существует несколько фирм (в основном зарубежных), выпускающих люминометры, программное обеспечение к ним и биосенсоры. В России наибольшее распространение получила тест-система «Эколюм», разработанная в лаборатории антибиотиков кафедры микробиологии биологического факультета МГУ под руководством доктора биологических наук В. С. Данилова. Мониторинг окружающей среды с применением биосенсора «Эколюм» и соответствующей аппаратуры ориентирован на использование реактивов и сервисных приспособлений отечественного производства. Основным преимуществом метода являются быстродействие (время анализа одной пробы 1— 5 мин) и хорошая воспроизводимость результатов (погрешность метода не более 5 %). Тест-система «Эколюм» — это комплект специальных реагентов (биосенсоров), изготавливаемых на основе культивируемых в лабораторных условиях морских гетеротрофных люминесцентных бактерий в комплексе со специально разработанными для этой системы люменометрами. Люменометр скомму- тирован с компьютером и обеспечен специальной программой, позволяющей вести статистическую обработку измерений в непрерывном режиме, выводить получаемые результаты на дисплей компьютера или на печать и сохранять их.
Принцип работы люменометра «Биотоке» основан на регистрации слабых световых потоков биосенсора «Эколюм» с помощью фотоэлектронного фотоумножителя, работающего в режиме счета анодных импульсов. Биосенсор «Эколюм» представляет собой лиофилизированные культуры люминесцентных бактерий, содержащиеся в среде инертных газов в специальных стеклянных флаконах.
Портативный прибор «Биотоке-10» может в автоматическом режиме осуществлять определение интенсивности биолюминесценции тест-объекта, индекса токсичности пробы, усредненной величины индекса токсичности, вычисление стандартного отклонения показателя токсичности, исследование динамики процесса взаимодействия токсикантов с тест-объектом, компьютерную обработку данных, а наличие звукового сигнала говорит о превышении пробой допустимого уровня токсичности.
Тест-система «Эколюм» может с успехом применяться при экспрессном контроле за отходами и сбросами промышленных предприятий; контроле технологических процессов в режиме реального времени; постоянном мониторинге питьевой воды, водоемов, почв и воздуха на содержание токсических веществ; определении уровня токсичности новой продукции; контроле за токсическим эффектом фармацевтических материалов и лекарственных веществ; контроле качества и безопасности продуктов питания; оценке профвредности рабочих мест на предприятиях. «Эколюм» обладает хорошей чувствительностью к разнообразным химическим соединениям, характерным для промышленных сбросов, загрязнений почвы, воды, воздуха (тяжелые металлы, фенолы, формальдегид, пестициды). 

Еще по теме Биофизический подход:

1. Биофизические исследования в физике
2. Биофизические исследования в биологии
3. ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ПОДХОД
4. Необходимость комплексного подхода к изучению эволюции
5. СУКЦЕССИОННЫЙ подход
6. 3.4. Примеры априорного подхода
7. б.              КОЛЕБАНИЯ ГРАНИЦ И ВЕРОЯТНОСТНЫЙ ПОДХОД К БИОТОПУ
8. Методологические подходы к изучениюструктурно-функциональной организации микробныхсообществ в наземных экосистемах
9. Меланизм у бабочек — подход a posteriori
10. Подход классического физика к предмету
11. Подход к предмету у наивного физика
12. 5-9. Экспериментальная эволюция. Подходы иных биологов
13. Свойства агрогенных почв и подходы к их классификации
14. Глава 4. Инженерный подход в природопользовании. Надорганизменная бионика
15. Использование разработанных подходов и методовдля экологической оценки микробныхсообществ наземных экосистем
16. ВЛИЯНИЕ ФРАГМЕНТАЦИИ БОЛОТ НА БИОРАЗНООБРАЗИЕ(ПТИЦЫ И БАБОЧКИ): ГОЛЛАНДСКИЙ ПОДХОД
17. Глава 3. Инженерный подход при конструировании исследовательского оборудования. Принципы ТРИЗ
18. Сравнение структурно-функциональной организациимикробных сообществ различных природных зон:географический подход