Ακαδημαϊκό Έτος

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ- ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Κατεύθυνση: Εφαρμοσμένη Οικολογία - Διαχείριση Οικοσυστημάτων και Βιολογικών Πόρων Μάθημα: Διδάσκοντες: Παπαστεργιάδου Ε., Μακρίδης Π., Νταϊλιάνης Σ. Ακαδημαϊκό Έτος

2 Διδάσκων: Νταϊλιάνης Στέφανος (Επίκουρος Καθηγητής) ΔΙΑΛΕΞΗ 1: Κύριοι ρύποι του υδάτινου περιβάλλοντος. Είσοδος ρύπων στο υδάτινο περιβάλλον. Εκτίμηση Οικολογικού κινδύνου. ΔΙΑΛΕΞΗ 2: Ξενοβιοτικές ουσίες και υδρόβιοι οργανισμοί. Εκτίμηση τοξικών επιπτώσεων. Αρχές Τοξικολογίας/Οικοτοξικολογίας. ΔΙΑΛΕΞΗ 3: Διαχείριση λυμάτων (Οδηγία 98/15/ΕΕ). ΔΙΑΛΕΞΗ 4: Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές. Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. Ανάλυση δεδομένων από in vitro πειράματα. ΣΤΟΧΟΣ Κατανόηση των πιέσεων και καταπονήσεων που δέχονται τα υδάτινα οικοσυστήματα. Αξιολόγηση της ποιότητας των υδάτινων πόρων. Διερεύνηση της φυσιολογικής κατάστασης των υδρόβιων οργανισμών. Διερεύνηση της καταπόνησης που δέχονται οι υδρόβιοι οργανισμοί. Ανάπτυξη πειραματικών μεθόδων για την πρόβλεψη των επιπτώσεων της ρύπανσης στα υδάτινα οικοσυστήματα. Ορθή διαχείριση υδάτινων πόρων.

3 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ Οργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση της οικολογικής επιβάρυνσης/υποβάθμισης. Είδη ή ομάδες ειδών, των οποίων η δομή, η λειτουργία και ο πληθυσμός μπορεί να διαταραχθούν λόγω της ύπαρξης περιβαλλοντικού stress (ρύπανση). 1.1 Φυτά καιλειχήνες Μακρόφυτα Φυτά του υδάτινου περιβάλλοντος που χρησιμοποιούνται ως Βιοενδείκτες της υδάτινης ρύπανσης. Παρουσιάζουν ευαισθησία στην ύπαρξη οργανικών και ανόργανων ρύπων (απορρυπαντικά και εντομοκτόνα). 1.2 Μικροοργανισμοί. Απαντούν σε τεράστιους αριθμούς και η συλλογή τους μπορεί να γίνει εύκολα. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως Βιοενδείκτες σε υδάτινα και χερσαία οικοσυστήματα. Η ποιοτική και ποσοτική μέτρηση των μικροβιακών στελεχών, μπορεί να δώσει μια ικανοποιητική εικόνα της ποιότητας των υδάτων. Η ύπαρξη ορισμένων παθογόνων μικροβίων (π.χ. στελέχη Pseudomonas sp. σε ύδατα) αποτελεί σαφή ένδειξη επιβάρυνσης των υδάτων με ρύπους ανθρωπογενούς προέλευσης.

4 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ 1.3 Μακροασπόνδυλα. Βιοενδείκτες της οικολογικής ποιότητας υδάτινων οικοσυστημάτων γλυκού νερού (ποτάμια και λίμνες). Βρίσκονται σχεδόν παντού και είναι εύκολο να συλλεχθούν, να μελετηθούν και να ταξινομηθούν. Τα μακροασπόνδυλα έχουν καταταχθεί σε κλίμακα σύμφωνα με την ευαισθησία τους στη ρύπανση. Πλεκόπτερα Τριχόπτερα Εφημερόπτερα Οδοντόγναθα Κολεόπτερα Ακάρεα Μαλάκια Αμφίποδα Ολιγόχαιτοι (σκώληκες) Chironomidae Ομάδες μακροασπονδύλων Βαθμός ευαισθησίας στη ρύπανση Υψηλός Μέτριος Χαμηλός (ανθεκτικότητα)

5 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ 1.4 Ιχθύες. Χρησιμοποιούνται ως Βιοενδείκτες του υδάτινου περιβάλλοντος. Η χρησιμότητά τους σχετίζεται με τη γνώση της οικολογίας των ψαριών, της συμπεριφοράς, της αναπαραγωγής, της διατροφής και της φυσιολογίας τους. Διάφορα είδη ψαριών παρουσιάζουν διαφορετική απόκριση σε ρυπογόνους παράγοντες. 1.5 Δίθυρα Μαλάκια. Χρησιμοποιούνται τόσο σε εργαστηριακό επίπεδο όσο και στο πεδίο για την εκτίμηση διαφόρων ρυπογόνων παραγόντων (Μussel Watch Programmes) σε διάφορα οργανισμικά επίπεδα. Κυριότερο είδος Βιοενδείκτης: Mytilus galloprovincialis (κοινό μύδι της Μεσογείου). Γεωγραφική κατανομή των ειδών του γένους Mytilus, σύμφωνα με μορφολογικά ή/και γενετικά δεδομένα. Πηγή: Dailianis, Environmental Impact of Anthropogenic Activities: The Use of Mussels as a Reliable Tool for Monitoring Marine Pollution, in: Mussels: Anatomy, Habitat and Environmental Impact, Lauren E. McGevin (ed.). Nova Science Publishers, Inc. New York pp

6 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ 1.5 Δίθυρα Μαλάκια. Ο σημαντικός ρόλος των Δίθυρων μαλακίων σε προγράμματα Βιοπαρακολούθησης φαίνεται από τη σημαντική αύξηση των μελετών κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών. Πηγή: Dailianis, Environmental Impact of Anthropogenic Activities: The Use of Mussels as a Reliable Tool for Monitoring Marine Pollution, in: Mussels: Anatomy, Habitat and Environmental Impact, Lauren E. McGevin (ed.). Nova Science Publishers, Inc. New York pp Χαρακτηριστικά Δίθυρων Μαλακίων που τα καθιστούν κατάλληλους Βιοενδείκτες Κυρίαρχα και ευρέως εξαπλωμένα είδη σε όλο τον κόσμο. Αντιπροσωπευτικοί οργανισμοί της εκάστοτε περιοχής λόγω της μόνιμης παρουσίας τους (προσκόλληση και παραμονή τους σε στερεά υποστρώματα). Παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή σε πολλούς περιβαλλοντικούς ρύπους. Ικανότητα φιλτραρίσματος μεγάλων ποσοτήτων νερού και αποδέκτες μεγάλων ποσοτήτων ρυπογόνων ουσιών. Ο προσδιορισμός τους μπορεί να δώσει μια σαφή εικόνα της ρύπανσης στην ευρύτερη περιοχή. Οι συγκεντρώσεις των ρυπογόνων ουσιών στους ιστούς αντιπροσωπεύουν σε μεγαλύτερο βαθμό την ρύπανση του περιβάλλοντος. Η μέτρηση των ανόργανων και οργανικών ουσιών στους ιστούς των Δίθυρων Μαλακίων παρέχει πληροφορίες σχετικά με την βιολογική διαθεσιμότητά τους. Σταθεροί πληθυσμοί με δυνατότητα επαναλαμβανόμενων δειγματοληψιών και μακροχρόνιας παρακολούθησης του υδάτινου περιβάλλοντος. Δυνατότητα μεταφοράς και διατήρησης πληθυσμών σε περιοχές ελέγχου την υδάτινης ρύπανσης (caged mussels). Διατροφική πηγή του ανθρώπου. Εδώδιμα είδη παγκοσμίως με στοιχεία χημικής ή μικροβιακής ρύπανσης που λαμβάνονται υπόψη και για θέματα δημόσιας υγείας.

7 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Ως Bιομάρτυρας χαρακτηρίζεται κάθε μεταβολή που μπορεί να παρατηρηθεί ή να μετρηθεί σε βιοχημικό και κυτταρικό επίπεδο, καθώς και μεταβολές σε επίπεδο φυσιολογίας και συμπεριφοράς του οργανισμού, οι οποίες υποδεικνύουν την έκθεση του οργανισμού στο παρόν ή στο παρελθόν σε τουλάχιστον μία ουσία με τις ιδιότητες ρύπου (Depledge, 1993). Οι Βιομάρτυρες χρησιμοποιούνται ως εργαλεία έγκυρης προειδοποίησης και πρόβλεψης των επιπτώσεων της ρύπανσης. Απαραίτητες προϋποθέσεις Βιομαρτύρων: η επαναληψιμότητα η ευαισθησία και η εξειδίκευσή του ο σύντομος χρόνος απόκρισης η αναστρεψιμότητα το μεγάλο εύρος των ειδών στα οποία εμφανίζεται η ευκολία εφαρμογής και το χαμηλό κόστος χρησιμοποίησής του, σε συνδυασμό με έγκυρα αποτελέσματα. Οι Βιομάρτυρες διακρίνονται σε δυο κατηγορίες: Βιομάρτυρες γενικού stress. Βιομάρτυρες ειδικού stress. Αμφισβήτηση διάκρισης με βάση νέα δεδομένα

8 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Ενζυμική δραστικότητα της ακετυλχολινεστεράσης (AChE). Καταλύει την υδρόλυση της ακετυλχολίνης στις χολινεργικές συνάψεις,. Στα σπονδυλωτά έχουν αναφερθεί δυο ισομορφές χολινεστερασών, η ακετυλ-χολινεστεράση (AChE) και η βουτυρυλ-χολινεστεράση (BChE). Στο στρείδι Cassostrea gigas απομονώθηκαν πρόσφατα δυο κατηγορίες χολινεστερασών, οι χολινεστεράσες τύπου Α (200 kda), οι οποίες είναι ευαίσθητες σε οργανοφωσφορικές ουσίες και οι χολινεστεράσες τύπου Β (330 kda), οι οποίες εμφανίζουν μεγάλη ανθεκτικότητα σε οργανοφωσφορικά παράγωγα. Χρησιμοποίηση ως Βιομάρτυρας: Η αναστολή της δραστικότητας της AChE έχει περιγραφεί ως Βιομάρτυρας, στην προσπάθεια ανίχνευσης της θαλάσσιας ρύπανσης από οργανοφωσφορικά και οργανικά μικροβιοκτόνα. Βαρέα μέταλλα, όπως το κάδμιο, μπορεί να επηρεάσουν έμμεσα τη δραστικότητα του ενζύμου σε ιστούς Ιχθύων και Δίθυρων Μαλακίων. Οι βουτυριλ-χολινεστεράσες (BChE) και οι καρβοξυλ-εστεράσες (CbE) μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως Βιομάρτυρες.

9 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Ενζυμική δραστικότητα της ακετυλχολινεστεράσης (AChE). Αναστολή της δραστικότητας της AChE Έντονη επιβάρυνση σε οργανικούς ρύπους

10 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Μεταλλοθειονίνες (ΜΤς). Κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες (6-7 kda) πλούσιες σε κυστεΐνη. Έχουν βρεθεί 9 ισομορφές στους ιστούς των θαλάσσιων ασπονδύλων. Οι ΜΤs μεταβολίζουν τα μέταλλα Zn και Cu, καθώς και τα βαρέα μέταλλα Cd, Pb και Hg. Μπορεί να δεσμευτούν με ελεύθερες ρίζες που δημιουργούνται στο κύτταρο, ενώ ταυτόχρονα μπορούν να εμπλέκονται και σε αποκρίσεις γενικού stress. Dailianis andkaloyianni, Αύξηση των επιπέδων των ΜΤς στα βράγχια μυδιών, μετά από έκθεση σε απόβλητο ελαιοτριβείων (Danellakis et al., 2011, Aquatic Toxicology, in press).

11 NRRT (min) NRRT (min) Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Η σταθερότητα της λυσοσωμικής μεμβράνης (Lysosomal membrane stability). Λυσοσώματα: υποκυτταρικά οργανίδια με μεγάλη ευαισθησία στην παρουσία ρυπογόνων ουσιών. Τοξικές ουσίες συντελούν στην αποσταθεροποίηση των λυσοσωμικών μεμβρανών, οι οποίες γίνονται διαπερατές από διάφορα υποστρώματα. Η διάχυση των λυσοσωμικών ενζύμων στο κυτταρόπλασμα προκαλεί το θάνατο των κυττάρων μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Όσο μικρότερος είναι ο χρόνος αποσταθεροποίησης των λυσοσωμικών μεμβρανών τόσο τοξικότερος είναι ο παράγοντας στον οποίο εκτέθηκε ο οργανισμός * NRRT values (min) in control mussels 0 days 4 days p>0.05, n.s * * NRRT values (min) in control mussels 0 days 7 days a b p>0.05, n.s a b a b leachate (% v/v) 0 Control Acet Ph An PAHs mix Μειωμένος χρόνος αποσταθεροποίησης των λυσοσωμικών μεμβρανών σχετίζεται με μείωση της βιωσιμότητας των κυττάρων (Tsarpali and Dailianis, 2012 & Grintzalis et al., 2012).

12 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Η σταθερότητα της λυσοσωμικής μεμβράνης (Lysosomal membrane stability). Λυσοσώματα: υποκυτταρικά οργανίδια με μεγάλη ευαισθησία στην παρουσία ρυπογόνων ουσιών. Τοξικές ουσίες συντελούν στην αποσταθεροποίηση των λυσοσωμικών μεμβρανών, οι οποίες γίνονται διαπερατές από διάφορα υποστρώματα. Η διάχυση των λυσοσωμικών ενζύμων στο κυτταρόπλασμα προκαλεί το θάνατο των κυττάρων μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Όσο μικρότερος είναι ο χρόνος αποσταθεροποίησης των λυσοσωμικών μεμβρανών τόσο τοξικότερος είναι ο παράγοντας στον οποίο εκτέθηκε ο οργανισμός. control Έκθεση σε PAHs Απεικόνιση λυσοσωμάτων στου πεπτικού αδένα του μυδιού Mytilus galloprovincialis μετά από επίδραση του ενζύμου N-acetyl-β-hexosaminidase (από Raftopoulou et al. 2006)

13 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Λιπίδια και λιποφουσκίνες ως βιομάρτυρες. Υψηλές συγκεντρώσεις ουδέτερων λιπιδίων και λιποφουσκίνων σε ιστούς των Δίθυρων Μαλακίων αποδεικνύουν την σημαντική επιβάρυνση του υδάτινου οικοσυστήματος με ρυπογόνες ουσίες. control Έκθεση σε PAHs Απεικόνιση λιπιδικής σύστασης στον πεπτικού αδένα του μυδιού Mytilus galloprovincialis μετά από χρώση με ειδική χρωστική (neutral red), (από Raftopoulou et al. 2006)

14 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Βιομάρτυρες που σχετίζονται με την πρόκληση μεταλλαξιγένεσης και γενοτοξικών επιπτώσεων-συχνότητα εμφάνισης μικροπυρήνων. Αποτελεί μια απλή μέθοδο με την οποία εκτιμώνται η διαταραχές σε επίπεδο γενετικού υλικού σε κύτταρα υδρόβιων οργανισμών. Η εφαρμογή της μεθόδου πραγματοποιείται σε κύτταρα με δυνατότητα διαφοροποίησης και πολλαπλασιασμού (π.χ. κύτταρα αίματος και βραγχίων) σε οργανισμούς-βιοενδείκτες. Το ποσοστό των μικροπυρήνων αυξάνει σε οργανισμούς από θαλάσσιες περιοχές με αυξημένη ρύπανση. ΜΙΚΡΟΠΥΡΗΝΕΣ περίπου το 1/3-1/7 του μεγέθους του κανονικού πυρήνα. περιέχουν γενετικό υλικό ως επακόλουθο: - μεταλλαξιγόνων διεργασιών. - μη κανονικού διπλασιασμού και μεταγραφής του γενετικού υλικού. - μεταφραστικές διεργασίες του RNA. ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΕΣ ΑΝΩΜΑΛΙΕΣ Εμφάνιση κυττάρων με 2 μικροπυρήνες Εμφάνιση κυττάρων με 2 πυρήνες (διπύρηνα κύτταρα) Εμφάνιση κυττάρων με μικροπυρήνα ενωμένο με τον κύριο πυρήνα (eigh-shaped cells)

15 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Βιομάρτυρες που σχετίζονται με την πρόκληση μεταλλαξιγένεσης και γενοτοξικών επιπτώσεων-συχνότητα εμφάνισης μικροπυρήνων. Εφαρμογή της μεθόδου ΜΝ σε Δίθυρα μαλάκια και Ιχθύες: 1. Ιχθύες. Ερυθροκύτταρα του αίματος και σε απομονωμένα κύτταρα βραγχίων. 2. Διθυρα μαλάκια ΜΝ τεστ σε Δίθυρα μαλάκια Βράγχια Gills Αιμοκύτταρα Haemocytes Αιμοκύτταρα Ιχθύων A E A B B C D E

16 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Βιομάρτυρες που σχετίζονται με την πρόκληση μεταλλαξιγένεσης και γενοτοξικών επιπτώσεων-συχνότητα εμφάνισης μικροπυρήνων. Εφαρμογή της μεθόδου ΜΝ στα βράγχια και σε αιμοκύτταρα μυδιών του γένους Mytilus sp. σε περιβαλλοντικές μελέτες (τροποποιημένος πίνακας από Bolognesi and Hayashi, Mutagenesis 26 (1), pp ). Γεωγραφική τοποθεσία Ρυπογόνες ουσίες Ιστός μελέτης Βιβλιογραφία Λιμνοθάλασσα Βενετίας Kανάλια του ιστορικού κέντρου της πόλης (φυσικός πληθυσμός μυδιών) Βιομηχανικά απόβλητα (ΡΑΗs, PCBs, HCBs) Αστικά απόβλητα (PAHs, PCBs, χλωριωμένα εντομοκτόνα, βαρέα μέταλλα) Βράγχια, αιμοκύτταρα Αιμοκύτταρα Dolcetti and Venier, Venier and Zampieron, 2005 Pampanin et al., 2005 Ακτές της Λιγουρίας (Ιταλία) PAHs, βαρέα μέταλλα Βράγχια Bolognesi et al., 2004; 2006 Παράκτιες περιοχές Τυρηνικής θάλασσας Λιμάνι του Piombino (Τυρηνικά θάλλασα) Βιομηχανικά και αστικά απόβλητα PAHs, βαρέα μέταλλα Βράγχια Αιμοκύτταρα Nigro et al., 2006 Bocchetti et al., 2008 Βόρεια Ισπανία Αστικά απόβλητα Βράγχια Izquirdo et al., 2003 Στρυμονικός και Θερμαϊκός κόλπος (Β. Ελλάδα) Πατραϊκός κόλπος (Ελλάδα) Βόρεια Θάλασσα, Βαλτική θάλασσα Αστικά και βιομηχανικά απόβλητα, λύματα από ΜΒΚ, PAHs, PCBs, βαρέα μέταλλα, οργανοχλωριωμένα συστατικά Αστικά και αγροτοβιομηχανικά απόβλητα, βαρέα μέταλλα. Βράγχια, αιμοκύτταρα Dailianis et al., 2003 Βράγχια Kalpaxis et al., 2004 PCBs, PAHs, TBT, DDTs, etc. Βράγχια Barsiene et al., 2004; 2006 Schiedek et al., 2006.

17 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Βιομάρτυρες που σχετίζονται με την πρόκληση μεταλλαξιγένεσης και γενοτοξικών επιπτώσεων-συχνότητα εμφάνισης μικροπυρήνων. Εφαρμογή της μεθόδου ΜΝ σε ερυθροκύτταρα ιχθύων στο περιβάλλον και σε μελέτες εργαστηρίου (τροποποιημένος πίνακας από Bolognesi and Hayashi, Mutagenesis 26 (1), pp ). Είδος Βιβλιογραφία Carassius auratus C. auratus gibelio Carassius sp. Ueba et al., 1992, Anitha et al., 2000, Cavas, 2008, Al-Sabti et al., 1994, Hayashi et al., Channa punctatus Kumar et al., 2010, Ali et al., 2008 Cheirodon interruptus interruptus Campana et al, 1999 Bocchetti et al., 2008 Clarias batrachus Clarias lazera Ateeq et al., 2002, Odeigah and Osanyinpeju, 1995 Cyprinus carpio Gustavino et al., 2001, Landolt and Kocan, 1983, Buschini et al., 2004, Esox lucius Al-Sabti et al., 1992 Salmo trutta Salmo trutta fario Ayllon et al, 2000 Balpaeme et al., 1996

18 Χρήση οργανισμών Βιοενδεικτών και Βιομαρτύρων σε Στρατηγικές Παρακολούθησης της ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. 1. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση)- ΒΙΟΕΝΔΕΙΚΤΕΣ-ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ 1.5 ΒΙΟΜΑΡΤΥΡΕΣ ή ΔΕΙΚΤΕΣ STRESS Βιομάρτυρες που σχετίζονται με την επαγωγή οξειδωτικού stress. Δραστικότητα αντιοξειδωτικών ενζύμων (SOD, GPx, CΑΤ, EROD) Συνολική αντιοξειδωτική ικανότητα (total antioxidant capacity, TAC ή total antioxidant scavenging, TOSC) Εκτίμηση της αντιοξειδωτικής άμυνας των οργανισμών, καθώς και της ικανότητάς τους να ανταπεξέρχονται ικανοποιητικά στο επαγόμενο οξειδωτικό stress που προκαλούν διάφοροι ρυπογόνοι παράγοντες. Μείωση της αντιοξειδωτικής άμυνας (TAC) στην αιμόλεμφο του μυδιού Mytilus galloprovincialis, μετά από έκθεση σε διαφορετικές συγκεντρώσεις μετάλλων (Cd & Zn) και οργανικών ρύπων. (Από Kaloyianni et al., 2009)

19 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. Ο έλεγχος της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα μπορεί να επιτευχθεί με τους κάτωθι τρόπους: Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) Χρήση οργανισμών Bιοενδεικτών και δεικτών stress (βιοπαρακολούθηση) Συνδυασμός των παραπάνω.

20 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) Ο έλεγχος της ποιότητας με χημικές αναλύσεις πραγματοποιείται σύμφωνα με τις οδηγίες της ΕΕ (Water Framework Directive 2000/60/EC; 2008/105/EC; 2013/39/EU, Official Journal of the European Union 2013). Ακολουθούνται περιβαλλοντικά πρότυπα ανίχνευσης ουσιών άμεσης προτεραιότητας (environmental quality standards/eqss for priority substances).

21 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Αρνητικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων H 3 O + ενός διαλύματος. Είναι ένας δείκτης της οξύτητας ενός διαλύματος και μετριέται σε κλίμακα 14 βαθμών. Επηρεάζει τη διαλυτότητα πολλών θρεπτικών και τοξικών ουσιών Καθορίζει τη διαθεσιμότητα των ουσιών αυτών στους υδάτινους οργανισμούς. Tο όξινο περιβάλλον εμποδίζει την ομαλή λειτουργία της αναπνευστικής διαδικασίας και παρεμβαίνει στην ωσμορυθμιστική λειτουργία.

22 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Βασικός παράγοντας για τη φυσιολογική ζωή όλων των οργανισμών. Όλοι οι οργανισμοί είναι προσαρμοσμένοι σε συγκεκριμένο θερμοκρασιακό εύρος και μεγάλες διακυμάνσεις της μπορεί να αποβούν μοιραίες για τους οργανισμούς. Θερμοκρασιακές μεταβολές και μεγάλες θερμοκρασιακές αποκλίσεις προκαλούν: Μείωση της διαλυτότητας του οξυγόνου και άλλων συστατικών στο υδάτινο μέσο. Διαταραχή του μεταβολισμού των υδρόβιων οργανισμών. Μείωση του ρυθμού διάσπασης των οργανικών ουσιών που υπάρχουν στο νερό. Αδρανοποίηση ενζύμων των οργανισμών με αποτέλεσμα την αλλοίωση των μεταβολικών τους διεργασιών. Μείωση της αναπαραγωγικής ικανότητας και τελικά της ικανότητας επιβίωσης των υδρόβιων οργανισμών.

23 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Η ολική ποσότητα των διαλυμένων ουσιών σε 1kg νερού και εκφράζει τη συνολική ποσότητα ανόργανων αλάτων που είναι διαλυμένα. Η μέση τιμή αλατότητας της θάλασσας είναι 35 ενώ στα ποτάμια η αλατότητα είναι περίπου 0,2. Όπως συμβαίνει και με τη θερμοκρασία, συγκεκριμένοι οργανισμοί έχουν προσαρμοστεί στα διάφορα επίπεδα αλατότητας και οι απότομες μεταβολές της έχουν δυσμενείς επιπτώσεις σε αυτούς.

24 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Μαθηματική έκφραση της ικανότητας ενός υδατικού διαλύματος να άγει το ηλεκτρικό ρεύμα. Η ικανότητα αυτή εξαρτάται από την παρουσία ιόντων, το σθένος τους, την κινητικότητα τους, τη συγκέντρωση τους, τη θερμοκρασία και το ιξώδες του διαλύματος και το μέγεθος της διαφοράς δυναμικού, με την οποία γίνεται η μέτρηση. Μετριέται σε Siemens/m (S/m) και είναι το αντίστροφο της αντίστασης. Φυσικά γλυκά νερά: 0,005-0,15 S/m. Αλμυρό νερό: 5 S/m. Σε μερικά βιομηχανικά απόβλητα: > S/m.

25 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Τιμές αγωγιμότητας σε θαλάσσια ύδατα, σε σχέση με τη θερμοκρασία: Θερμοκρασία ( o C) Αλατότητα ( ) Αγωγιμότητα (S/m)

26 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Σημαντικός παράγοντας για την ανάπτυξη και την επιβίωση των οργανισμών. Ο εμπλουτισμός του υδάτινου μέσου πραγματοποιείται μέσω διαδικασιών διάχυσης του ατμοσφαιρικού οξυγόνου στο νερό και μέσω φωτοσυνθετικής παραγωγής. Η διαλυτότητα του οξυγόνου στο νερό εξαρτάται από: τη θερμοκρασία την ατμοσφαιρική πίεση τον κυματισμό την περιεκτικότητα σε ανόργανα άλατα και οργανικές ουσίες το περιεχόμενο σε μικροοργανισμούς κλπ.

27 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen)

28 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. BOD = το ποσό του διαλυμένου οξυγόνου που 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων χρησιμοποιούν οι μικροοργανισμοί για την οξείδωση του οργανικού φορτίου σε ένα λίτρο ρέοντος ύδατος ή αποβλήτων. Κυρίως σε μελέτες παρακολούθησης της ρύπανσης σε ρέοντα ύδατα, καθώς και σε απόβλητα. Τρόποι μέτρησης BOD: Μέθοδος BOD 5 = παραμονή δείγματος σε σκοτεινό μέρος, στους 20 ο C, για διάστημα 5 ημερών και καθημερινή παρακολούθηση του διαλυμένου οξυγόνου: ΒΟD = DO αρχ - DΟ τελ Μέθοδος μακράς διάρκειας. Οικιακά απόβλητα = 250 mg/l Βιομηχανικά απόβλητα = mg/l

29 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων COD = το ποσό του οξυγόνου που απαιτείται για να επιτευχθεί η χημική οξείδωση ενός λίτρου οργανικής ύλης. Κυρίως σε μελέτες παρακολούθησης της ρύπανσης σε ρέοντα ύδατα, καθώς και σε απόβλητα. Τρόποι μέτρησης COD: Βρασμός οργανικής ύλης, παρουσία KCr 2 O 7 διχρωμικού κάλι, με παρουσία θειούχου αργύρου, ως καταλύτης Οργανική ύλη + Cr 2 O 7 + H CO 2 + H 2 O + Cr +3 BOD 5 /COD = 1/1.25=0.8 για οικιακά απόβλητα BOD 5 /COD = 1/10=0.1 για βιομηχανικά απόβλητα

30 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Κυρίως σε μελέτες παρακολούθησης της ρύπανσης σε ρέοντα ύδατα, καθώς και σε απόβλητα. Τρόποι μέτρησης TOD: Ολικά καύση δείγματος και μέτρηση της ποσότητας του CO 2.

31 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Τα ολικά στερεά (total solids-ts) αποτελούν το στερεό υπόλοιπο που προκύπτει μετά από ξήρανση του δείγματος ( o C). Περιλαμβάνουν τα ολικά αιωρούμενα στερεά (total suspended solids-ss), δηλαδή το ποσοστό των ολικών στερεών, καθιζάνοντα και μη-καθιζάνοντα, που συγκρατούνται από φίλτρο (<1 μm) και τα ολικά διαλυμένα στερεά (dissolved solids-ds), που αποτελούν το ποσοστό εκείνο που διέρχεται από το φίλτρο. Ισχύει: TS-SS = DS, SS καθιζάνοντα = μηκαθιζάνοντα Υψηλά επίπεδα αιωρούμενων στερεών μειώνουν την καθαρότητα του νερού, προσκολλώνται στα βραγχιακά νημάτια των ψαριών και μαλακίων, παρεμποδίζοντας την ανταλλαγή των αερίων, ενώ μειώνουν τους ρυθμούς ανάπτυξης και αντίστασής τους σε ασθένειες.

32 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων Τα νιτρικά ιόντα (NO 3- ), είναι ευδιάλυτα και μεταφέρονται σε υδάτινες δεξαμενές, αποτελώντας τροφή για το πλαγκτόν, τα υδρόβια φυτά και τα φύκη. Τα νιτρώδη ιόντα (NO 2- ), είναι ασταθή και γρήγορα μετατρέπονται σε νιτρικά με τη μεσολάβηση βακτηρίων. Ο φωσφόρος απαντά συνήθως με τη μορφή των φωσφορικών ιόντων (PO 4-3 ), τα οποία σε υψηλές συγκεντρώσεις είναι τοξικά για τους ζωϊκούς οργανισμούς.

33 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) 1 ο ΒΗΜΑ: Δειγματοληψία Τρόποι συλλογής δειγμάτων: 1) Απλό δείγμα = μέτρηση σε ένα σημείο της υδάτινης μάζας. 2) Σύνθετο δείγμα = πολλαπλές μετρήσεις με συλλογή πολλών δειγμάτων που αναμιγνύονται. 3) Σύνθετο δείγμα ροής = συλλογή δειγμάτων με όγκο ανάλογο της εκάστοτε ροής της υδάτινης μάζας, τη συγκεκριμένη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας. 2 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων, π.χ. Τιμής ph Θερμοκρασίας Αλατότητας και αγωγιμότητας δείγματος Ποσότητας διαλυμένου οξυγόνου (total dissolved oxygen) Βιοχημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Biochemical Oxygen Demand/BOD) Xημικά απαιτούμενου οξυγόνου (Chemical Oxygen Demand/COD) Συνολικού οργανικού άνθρακα (Total organic carbon/toc) Ολικών και πτητικών αιωρούμενων στερεών Μέτρηση νιτρικών, νιτρώδων και φωσφορικών ιόντων 3 ο ΒΗΜΑ: Μέτρηση ουσιών προτεραιότητας, π.χ. βαρέων μετάλλων, οργανικών ουσιών (PAHs, PCBs), συμπεριλαμβανομένων εντομοκτόνων και φαρμακευτικών ουσιών, σύμφωνα με το Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (Clesceri et al. 1999).

34 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 1. Χημική ανάλυση των υδάτων (μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων) ΣΤΟΧΟΣ ΧΗΜΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Εκτίμηση του βαθμού υποβάθμισης του περιβάλλοντος μέσω των οριακών τιμών EQSs Ύπαρξη ουσιών άμεσης προτεραιότητας Εντοπισμός σημειακών πηγών ρύπανσης του υδάτινου περιβάλλοντος Εκτίμηση του βαθμού της ανθρωπογενούς επιβάρυνσης του οικοσυστήματος Λήψη κατάλληλων μέτρων αποφυγής της περιβαλλοντικής επιβάρυνσης και κυρώσεις στους ρυπαντές τους.

35 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση) Βιοπαρακολούθηση: ανάπτυξη τεχνικών μέτρησης της συγκέντρωσης των οργανικών και ανόργανων ρυπογόνων ουσιών σε ιστούς ζωντανών οργανισμών, αλλά και τεχνικών με τις οποίες καταγράφονται και εκτιμώνται οι βιολογικές επιπτώσεις στους οργανισμούς. Εργαλεία που χρησιμοποιούνται στα πλαίσια της Βιοπαρακολούθησης: Η ανάλυση ιστών από κατάλληλους οργανισμούς για τον εντοπισμό διαφόρων ρύπων. Η μελέτη των αλλαγών της φυσιολογίας ή/και της συμπεριφοράς των οργανισμών με τη χρήση αυτόματων συστημάτων. Η χρήση χημικών και βιολογικών αναλύσεων στο εργαστήριο ή στο πεδίο για την εκτίμηση της τοξικότητας του νερού. Η χρησιμοποίηση ανοσολογικών μεθόδων για την μέτρηση και εκτίμηση χημικών στοιχείων. Η χρησιμοποίηση δεικτών ποικιλότητας για την εκτίμηση του βαθμού αλλαγής των περιβαλλοντικών συνθηκών.

36 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Βιολογική παρακολούθηση της ποιότητας των υδάτων (Βιοπαρακαλούθηση) ΣΤΟΧΟΣ ΤΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΒΙΟΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ Έλεγχος της ρύπανσης μέσω των επιπτώσεών της στους οργανισμούς. Ανάπτυξη νέων τεχνικών για τη διασφάλιση της βιοσιμότητας των οικοσυστημάτων. ΒΙΟΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ Εκτίμηση των πηγών προέλευσης των ρύπων. Έγκαιρη και έγκυρη προειδοποίηση των Αρχών για τη λήψη μέτρων.

37 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ζωικοί οργανισμοί, χωρίς σπονδυλική στήλη. Περνούν κάποιο στάδιο ή ακόμα και ολόκληρη τη ζωή τους στο βυθό ενός υδάτινου σώματος και μπορούν να εγκλωβιστούν σε δίχτυ ανοίγματος 500μm. Οι κοινωνίες των βενθικών μακροασπονδύλων αποτελούνται κυρίως από: - προνύμφες εντόμων - Αμφίποδα - Ισόποδα - Σκώληκες - Μαλάκια - άλλους οργανισμούς. Είναι οργανισμοί ορατοί μακροσκοπικά και πολλοί από αυτούς αποτελούν τροφή για τους Ιχθύες που διαβιούν στο συγκεκριμένο οικοσύστημα. Βιοενδείκτες της οικολογικής ποιότητας υδάτινων οικοσυστημάτων γλυκού νερού (ποτάμια και λίμνες), λόγω: Της αφθονίας τους. Της περιορισμένης ικανότητας μετακίνησης. Της ποικιλότητας των κοινωνιών τους. Της προβλεψιμότητας της διαβίωσής τους σε διάφορα ενδιαιτήματα του ποταμού. Της εύκολης συλλογής και αναγνώρισής τους.

38 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Κολεόπτερο (Elminthidae) Εφημερόπτερα (Ecdyonouridae) Αμφίποδα (Gammaridae) Πλεκόπτερο (Perlidae) Δίπτερο (Chironomidae) Τριχόπτερο (Hydropsychidae)

39 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Μεθοδολογία που χρησιμοποιείται για τη συλλογή και αναγνώριση των μακροασπονδύλων: Επιλογή των κατάλληλων θέσεων του ποταμού. Μέτρηση φυσικοχημικών παραμέτρων σε κάθε θέση που επιλέγεται. Μέθοδος συλλογής semi-quantitative kick/sweep με δειγματολήπτη. Τοποθέτηση δειγματολήπτη ενάντια στο ρεύμα του ποταμού. Ο βυθός αναταράσσεται σε ορισμένο εμβαδόν (0.5 m 2 ) μπροστά από τον δειγματολήπτη επί 3 λεπτά και σε βάθος μέχρι 10 cm έτσι ώστε όλοι οι βενθικοί οργανισμοί που υπάρχουν στον συγκεκριμένο χώρο να καταλήξουν στο δίχτυ οδηγούμενοι από το ρεύμα. Φιλτράρισμα του νερού διαμέσου φίλτρου (διάμετρος πόρων 500 μm) και συλλογή των μακροασπονδύλων σε δοχεία με φρέσκο νερό. Μεταφορά των δειγμάτων στο εργαστήριο για καταγραφή και αναγνώριση των ατόμων. Δειγματολήπτης Surber: Αποτελείται από πλαγκτονικό δίχτυ με άνοιγμα ματιού 900 μm το οποίο βρίσκεται προσαρμοσμένο σε ειδικό ανοξείδωτο μεταλλικό πλαίσιο διαστάσεων 0.5 m x 0.5 m

40 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Βασικές παραδοχές χρησιμοποίησης του δείκτη HES. Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Καταμέτρηση και αναγνώριση των οικογενειών στις οποίες ανήκουν τα μακροασπόνδυλα που συλλέγονται από μία περιοχή. Προσδιορισμός του ποσοστού (%) κάθε οικογένειας, με βάση το σύνολο των ατόμων που καταμετρούνται. Παράδειγμα: Έστω 10 άτομα της οικογένειας Capnidae και 4 άτομα της οικογένειας Chironomidae σε σύνολο ατόμων 14. Ποσοστό της οικογένειας Capnidae = 71,42% και της οικογένειας Chironomidae = 28,58%. Με βάση το ποσοστό της, κάθε οικογένεια λαμβάνει ένα σκορ (τιμές 0-120), που υποδηλώνει: 1) την αφθονία του (abundant/a), όταν ποσοστό >12%. 2) την απλή ή τυχαία παρουσία του (present/p), όταν ποσοστό 0-3%. 3) την τυπικότητα ως κοινό είδος/οικογένεια της περιοχής (common/c), όταν ποσοστό 3,01-12%.

41 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Σκοράρισμα (%) Οικογένειες Present Common Abundant Capnidae, Chloroperlidae, Lepidostomatidae Leuctridae, Perlodidae, Perlidae, Goeridae, Sericostomatidae Heptageniidae, Philopotamidae, Limnephilidae, Lestidae, Sialidae, Athericidae, Potamonidae Potamanthidae, Stratiomyidae, Hydrobiidae, Calopterygidae Gomphidae, Tabanidae, Ceratopogonidae, Elminthidae Caenidae, Hydropsychidae, Dryopidae, Simuliidae, Hydrochydae Baetidae, Hydroptilidae, Dolichopodidae, Anthomyidae Chironomidae, Hydrophilidae, Pleidae Planorbidae, Thaumaleidae, Culicidae Tubificidae, Valvatidae, Syrphidae Παράδειγμα: Capnidae = 71,42% και τιμή σκοραρίσματος από τη στήλη A = 120. Chironomidae = 28,58% και τιμή σκοραρίσματος από στήλη A = 20 A, όταν ποσοστό της σχετικής αφθονίας >12% P, όταν ποσοστό της σχετικής αφθονίας = 0-3% C, όταν ποσοστό της σχετικής αφθονίας = 3,01-12%.

42 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Βασικές παραδοχές χρησιμοποίησης του δείκτη HES. Το σκοράρισμα των διαφορετικών ομάδων μακροασπονδύλων, ανάλογα με την ανθεκτικότητά τους στη ρύπανση, μπορεί να δώσει μια ικανοποιητική εικόνα της κατάστασης του περιβάλλοντος. Είδη ευαίσθητα στην μείωση του διαθέσιμου οξυγόνου θεωρούνται οργανισμοί με μεγάλο score και αντιπροσωπεύουν υδάτινα ενδιαιτήματα σε καλή κατάσταση. Είδη ανθεκτικά σε μεταβολές της διαθεσιμότητας του οξυγόνου θεωρούνται οργανισμοί με μικρό score και αντιπροσωπεύουν υδάτινα ενδιαιτήματα σε κακή κατάσταση. Προσθέτοντας όλα τα score προκύπτει ο συνολικός βαθμός σκοραρίσματος. Παράδειγμα: Έστω 10 άτομα της οικογένειας Capnidae και 4 άτομα της οικογένειας Chironomidae σε σύνολο ατόμων 14. Ποσοστό της οικογένειας Capnidae = 71,42% και της οικογένειας Chironomidae = 28,58%. Capnidae : τιμή σκοραρίσματος από τη στήλη A = 120. Chironomidae : τιμή σκοραρίσματος από στήλη A = 20 Άρα Συνολικό σκοράρισμα = =140.

43 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Βασικές παραδοχές χρησιμοποίησης του δείκτη HES. Η τιμή σκοραρίσματος αντιστοιχεί σε μια από τις 5 διαφορετικές κατηγορίες βαθμονόμησης της κατάστασης του οικοσυστήματος που μελετάται και αντιπροσωπεύει την προβλεπόμενη τιμή HES. Δείκτης HES Τιμή σκοραρίσματος > Παράδειγμα: Έστω 10 άτομα της οικογένειας Capnidae και 4 άτομα της οικογένειας Chironomidae σε σύνολο ατόμων 14. Ποσοστό της οικογένειας Capnidae = 71,42% και της οικογένειας Chironomidae = 28,58%. Capnidae : τιμή σκοραρίσματος από τη στήλη A = 120. Chironomidae : τιμή σκοραρίσματος από στήλη A = 20 Συνολικό σκοράρισμα = =140, δηλ. μεταξύ Δείκτης HES = 1.

44 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Βασικές παραδοχές χρησιμοποίησης του δείκτη HES. Διαιρώντας το άθροισμα όλων των scores που προέκυψαν από τις διάφορες οικογένειες που καταμετρήθηκαν, με το συνολικό αριθμό των οικογενειών προκύπτει ο μέσος βιολογικός δείκτης (average HES/AHES), ο οποίος μας δείχνει την κατάσταση της βιοποικιλότητας των μακροασπονδύλων στο περιβάλλον. Ισχύει: AHES = Συνολική τιμή σκοραρίσματος/αριθμό οικογενειών που ανιχνεύτηκαν Δείκτης AHES Τιμή > Παράδειγμα: Έστω 10 άτομα της οικογένειας Capnidae και 4 άτομα της οικογένειας Chironomidae σε σύνολο ατόμων 14. Ποσοστό της οικογένειας Capnidae = 71,42% και της οικογένειας Chironomidae = 28,58%. Capnidae : τιμή σκοραρίσματος από τη στήλη A = 120 Chironomidae : τιμή σκοραρίσματος από στήλη A = 20 Σύνολικο σκοράρισμα = 140 Δείκτης HES = 1. Για τον δείκτη AHES ισχύει: Συνολική τιμή σκοραρίσματος = 140 Αριθμός οικογενειών που ανιχνεύτηκαν = 2 140/2 = 70 δηλαδή > Δείκτης ΑHES = 5.

45 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Βασικές παραδοχές χρησιμοποίησης του δείκτη HES. Με βάση το μέσο όρο των τιμών HES και AHES μπορούμε να προβούμε σε μια ημι-ποσοτική εκτίμηση της κατάστασης του υδάτινου περιβάλλοντος (semi/hes), σύμφωνα με την κατάταξη της ποιότητας των υδάτων (European Union s Water Directive/WFD 2000/60/EU). Παράδειγμα: Ισχύει: Semi-HES = (HES + AHES)/2 Έστω 10 άτομα της οικογένειας Capnidae και 4 άτομα της οικογένειας Chironomidae σε σύνολο ατόμων 14. Ποσοστό της οικογένειας Capnidae = 71,42% και της οικογένειας Chironomidae = 28,58%. Capnidae : τιμή σκοραρίσματος από τη στήλη A = 120 Chironomidae : τιμή σκοραρίσματος από στήλη A = 20 Σύνολικο σκοράρισμα = 140 Δείκτης HES = 1. Δείκτης ΑHES = 5. Ισχύει: semi-hes = (HES + AHES)/2 Άρα: semi-hes = (1 + 5)/2 = 3

46 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων-βιονδεικτεσ (βενθικά μακροασπόνδυλα) Ελληνικός Βιολογικός δείκτης εκτίμησης της ποιότητας/κατάστασης των υδάτων του γλυκού νερού (Hellas Evaluation Score/HES). Κατάταξη της ποιότητας των υδάτων (European Union s Water Directive/WFD 2000/60/EU). Δείκτης ποιότητας υδάτων (semi-hes) Ποιότητα υδάτων 5 Υψηλή 4,5 Υψηλή 4 Καλή 3,5 Καλή 3 Μέτρια 2,5 Μέτρια 2 Φτωχή 1,5 Φτωχή 1 Κακή Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, η περιοχή μελέτης με τιμή semi-hes = 3, χαρακτηρίζεται από μέτρια ποιότητα υδάτων.

47 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων- Οικολογικοί δείκτες Δείκτες οικολογικής ποιότητας Οικολογικός δείκτης HIS (Helath status index) Εκτίμηση των επιπέδων στρες με χρήση αλγορίθμου (expert system, Dagnino, 2007). Απαραίτητες προϋποθέσεις χρησιμοποίησης του δείκτη: 1) Η χρήση τουλάχιστον τριών βιομαρτύρων stress (συνήθως ειδικού stress) 2) Η χρήση 2 βιομαρτύρων γενικού stress, σε επίπεδο οργανισμού ή ιστού. Ο δείκτης βασίζεται στην παραδοχή «αν τότε». Επίπεδο stress Α Β Φυσιολογική κατάσταση μυδιών Μη στρεσσογόνες συνθήκες Χαμηλό stress Χρώμα C Μέτριο stress D Υψηλό stress Πηγή: Dagnino et al., 2007

48 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων- Οικολογικοί δείκτες Οικολογικός δείκτης LRI (Lysosomal Response Index). Εκτίμηση των επιπέδων stress με βάση τις τιμές των βιομαρτύρων LMS (σταθερότητα λυσοσωμικής μεμβράνης) και VvLYS (πυκνότητα όγκου των λυσοσωμάτων) (Izagirre and Marigomez, 2009). Απαραίτητες προϋποθέσεις χρησιμοποίησης του δείκτη: 1) Χρησιμοποίηση σταθμού αναφοράς και σταθμών επιβαρυμένων με ρυπογόνους παράγοντες (προς μελέτη περιοχές). 2) Ο υπολογισμός της τιμής LRI δίνεται από τον τύπο: Όπου: Α= ο βιομάρτυρας VvLYS LRI = (A 2 +B 2 ) B= ο βιομάρτυρας LMS

49 Οργανόγραμμα ελέγχου της ποιότητας των υδάτων σε παράκτιες περιοχές και εσωτερικά ύδατα. 2. Ανάλυση των υδάτων με τη χρήση βιολογικών μεθόδων- Οικολογικοί δείκτες Οικολογικός δείκτης LRI (Lysosomal Response Index). Όπου Α= ο βιομάρτυρας VvLYS B= ο βιομάρτυρας LMS LRI = (A 2 +B 2 ) Τιμή LRI Φυσιολογική κατάσταση μυδιών <0.5 Μη στρεσσογόνες συνθήκες Χρώμα 0.5<LRI<1 Χαμηλό stress 1<LRI< 2 Μέτριο stress > 2 Υψηλό stress Πηγή: Izagirre and Marigomez, 2009

50 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. ΣΤΟΧΟΣ ΤΟΞΙΚΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΣΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ Εκτίμηση των θανατογόνων και υπο-θανατογόνων συγκεντρώσεων των ξενοβιοτικών ουσιών Εκτίμηση παραμέτρων που υποδηλώνουν την εμφάνιση παθολογικών καταστάσεων Προσδιορισμός της τοξικής δράσης περιβαλλοντικά ανιχνεύσιμων ουσιών Ορθή διαχείριση αποβλήτων που καταλήγουν στο υδάτινο περιβάλλον, μέσω των δεδομένων που προκύπτουν από τοξικολογικές αναλύσεις.

51 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 1. Προσδιορισμός της σχέσης δόσης-αποτελέσματος των τοξικών ουσιών. Η δόση μιας χημικής ουσίας εκφράζεται: - ανάλογα με το βάρος του οργανισμού που εκτίθεται (συνήθως mg/kg βάρους σώματος ή mg/m 2 της επιφάνειας του σώματος). - σε συγκέντρωση στον αέρα, νερό κλπ. (mg/l, mmol). Παράδειγμα Οργανισμός που εκτίθεται στην ένωση (πειραματόζωο) = ψάρια ή δίθυρα μαλάκια, ανόστρακα καρκινοειδή κλπ. Αριθμός πειραματαζώων = 10 άτομα/ομάδα. Εκτιθέμενες ομάδες πειραματόζωων = 20. Δόσεις της τοξικής ουσίας διαφορετικής συγκέντρωσης= 9 (1-800 mg ένωσης/kgσωματικού βάρους). Μετά από συγκεκριμένο χρόνο παρακολούθησης καταγράφονται οι θάνατοι και τα % ποσοστά τους. Δόση (mg/kg) Log δόσης 0 0, ,301 1, ,301 2,602 2,903 Αθροιστική θάνατοι (%) Πρόσθετοι θάνατοι σε κάθε δόση (%)

52 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 1. Προσδιορισμός της σχέσης δόσης-αποτελέσματος των τοξικών ουσιών. Μετά από συγκεκριμένο χρόνο παρακολούθησης καταγράφονται οι θάνατοι και τα % ποσοστά τους. Δόση (mg/kg) Log δόσης 0 0, ,301 1, ,301 2,602 2,903 Αθροιστική θάνατοι (%) Πρόσθετοι θάνατοι σε κάθε δόση (%) Παρουσίαση κατά Gauss (quantal dose-response curve), λαμβάνοντας υπόψη τους πρόσθετους θανάτους σε κάθε δόση. Δόση που επιφέρει τον θάνατο στο 50% των πειραματόζωων (LD 50 ).

53 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 1. Προσδιορισμός της σχέσης δόσης-αποτελέσματος των τοξικών ουσιών. Μετά από συγκεκριμένο χρόνο παρακολούθησης καταγράφονται οι θάνατοι και τα % ποσοστά τους. Δόση (mg/kg) Log δόσης 0 0, ,301 1, ,301 2,602 2,903 Αθροιστική θάνατοι (%) Πρόσθετοι θάνατοι σε κάθε δόση (%) Παρουσίαση αποτελεσμάτων της σχέσης δόσης αποτελέσματος της τοξικής ουσίας με ημιτονοειδή καμπύλη, λαμβάνοντας υπόψη την αθροιστική θνησιμότητα της τοξικής ουσίας. Το κεντρικό τμήμα της καμπύλης είναι σχεδόν ευθεία γραμμή. Το αποτέλεσμα στο τμήμα αυτό είναι ανάλογο του λογάριθμου της δόσης. Τα όρια αξιοπιστίας (confidence limits) είναι μεγαλύτερα στο κεντρικό τμήμα και χαμηλότερα στα επίπεδα τμήματα της καμπύλης.* * 95% όρια αξιοπιστίας ( 95% confidence limits ) καλούνται τα δύο σημεία από τις δύο πλευρές της διάμεσης τιμής, μεταξύ των οποίων 95 % των δεδομένων θα ξαναεντοπισθούν εάν το πείραμα επαναλαμβάνονταν 100 φορές.

54 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 1. Προσδιορισμός της σχέσης δόσης-αποτελέσματος των τοξικών ουσιών. Χρήσιμοι όροι στην περιβαλλοντική και τοξικολογική έρευνα και τις νομοθετικές/κανονιστικές ρυθμίσεις για χημικές ουσίες. Ημιθανατογόνος δόση (lethal dose 50%, LD50) Ημιθανατογόνος συγκέντρωση (lethal concentration 50%, LC50) Δραστική συγκέντρωση (effective concentration 50%, EC50) Συγκέντρωση αναστολής (inhibitory concentration 50%, IC50) No observed Effects Concentration, NOEC No Observed Effects Level, NOEL Lowest Observed Effects Concentration, LOEC Lowest Observed Effects Level, LOEL Minimum Threshold Concentration, MTC Minimum Allowable Toxicant Concentration, MATC Η δόση που προκαλεί θάνατο του 50% των οργανισμών. Η συγκέντρωση που προκαλεί θάνατο του 50% των οργανισμών. Η συγκέντρωση που έχει επίδραση εκτός από θάνατο στο 50% των οργανισμών που εξετάσθηκαν. Η συγκέντρωση που παρεμποδίζει κατά 50% την ανάπτυξη των οργανισμών. Η συγκέντρωση χωρίς παρατηρήσιμη επίπτωση (γραφική και στατιστική εκτίμηση της συγκέντρωσης). Τα επίπεδα της δόσης, στα οποία δεν παρατηρείται καμία επίπτωση. Η ελάχιστη συγκέντρωση στην οποία παρατηρείται κάποιας μορφής επίπτωση. Η ελάχιστη δόση στην οποία δεν παρατηρείται καμία μορφή επίπτωσης. Η κατώτατη συγκέντρωση κατωφλίου, κάτω από την οποία δεν παρατηρείται κάποια αρνητική επίπτωση. Η ελάχιστη επιτρεπόμενη συγκέντρωση μιας τοξικής ουσίας στον οργανισμό.

55 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 1. Προσδιορισμός της σχέσης δόσης-αποτελέσματος των τοξικών ουσιών. Καμπύλη τοξικότητας με 96-h έκθεση. Προσδιορίζονται οι όροι LC50, LOEC και NOEC.

56 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 2. Έλεγχος τοξικότητας-μέθοδοι Τοξικότητας. Δοκιμασία οξείας τοξικότητας σε ιχθύες Προσδιορίζονται: οι επιβλαβείς επιδράσεις των χημικών ουσιών. οι χρόνιες και δοσολογικές σχέσεις. η αντιστρεψιμότητά τους σε πειραματόζωα (π.χ. ψάρια). Υποξεία (ή χρόνια) τοξικότητα. Παρατεταμένη έκθεση των πειραματόζωων σε κάποια χημική ένωση. Έκθεση διάρκειας 28 ημερών = υποξεία έκθεση. Έκθεση διάρκειας 90 ημερών = υποχρόνια έκθεση. Προσδιορισμός της LC 50 σε συγκεκριμένα είδη ψαριών και σε διάφορες συγκεντρώσεις της ουσίας στο νερό για ώρες. Προσδιορισμός: ελάχιστης δόσης εμφάνισης τοξικότητας. δόσης στην οποία δεν παρατηρείται εμφανίσιμη τοξική δράση. δόσης πάνω από την οποία παρατηρούνται τοξικές επιδράσεις για τον οργανισμό. Διάφοροι οδοί έκθεσης (στόμα, αναπνευστικό σύστημα, επιδερμίδα).

57 % mortality Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 2. Έλεγχος τοξικότητας-μέθοδοι Τοξικότητας. Δοκιμασία οξείας τοξικότητας σε υδρόβιους ασπόνδυλους οργανισμούς Daphnia magna % confidence limits lower upper LC 10 = LC 50 = Τεστ τοξικότητας 96 h σε μύδια του είδους Mytilus galloprovincialis, μετά leachate (% v/v) από έκθεση 96 h σε διαφορετικές συγκεντρώσεις στραγγίσματος (leachate), (Tsarpali and Dailianis, Aquatic Toxicology , 58-65).

58 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 2. Έλεγχος τοξικότητας-μέθοδοι Τοξικότητας. Προσδιορισμός προ/υπο-θανατογόνων επιπτώσεων σε υδρόβιους οργανισμούς Επιπτώσεις Ιστός μελέτης Είδος επίπτωσης Μέθοδοι ανάλυσης Συμπεριφορικές Ολόκληρος οργανισμός Αδυναμία κίνησης, νάρκωση, νευροδιαταραχές Κυτταροτοξικές Κύτταρα αίματος, βραγχίων, ήπατος Θάνατος, λυσοσωματική αποσταθεροποίηση Βιοχημικές Βράγχια, αίμα, ήπαρ Αναστολή ενζυμικής δραστικότητας Μοριακές Βράγχια, ήπαρ, κλπ. Ενεργοποίηση/παύση γονιδιακής έκφρασης Γενοτοξικές επιπτώσεις Βράγχια, ήπαρ και καλλιέργειες κυττάρων Βλάβες γενετικού υλικού, μεταλλαξιγενέσεις Συμπεριφορικά μοντέλα, μέτρηση AChE κλπ. MTT, NRRT assay, LMS κλπ. EROD, Cyt-B, AChE, κλπ. RT-PCR, qrt-pcr, next generation sequencing Comet assay, MN test, κλπ.

59 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 2. Έλεγχος τοξικότητας-μέθοδοι Τοξικότητας. Οικοτοξικολογικά πειράματα με φύκη (algae). Μελέτη της αναπτυξιακής διαδικασίας των φυτικών οργανισμών για διάρκεια 4 ημερών. Σε οικοτοξικολογικά πειράματα χρησιμοποιούνται κυρίως είδη γλυκού νερού. - Green algae: Selenastrum capricornutum, Scenedesmus subspicatus, Chiorella vulgaris. - Blue-green algae (bacteria): Microcystus aeruginosa, Anabena flos-aquae. - Diatom: Navicula pelliculosa. αλμυρού νερού. - Diatom : Skeltonema costatum, Thalassiosira pseudonana. - Flagellate : Dunaliella tertiolecta.

60 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 2. Έλεγχος τοξικότητας-μέθοδοι Τοξικότητας. Οικοτοξικολογικά πειράματα με φύκη (algae) Το παράδειγμα του είδους Dunaliella tertiolecta Αντιπροσωπεύει ένα ευρύ φάσμα ευαισθησίας Είναι είδος με μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση Έχει σημαντική οικολογική σημασία (σημαντικός παραγωγός) Βρίσκεται σε αφθονία Είναι εύκολα διαθέσιμο Είναι εύκολα καλλιεργήσιμο Παρουσιάζει ενδιαφέρον λόγο της μικρής βιβλιογραφίας που υπάρχει για τη συμμετοχή του σε μελέτες τοξικότητας. (Πηγή: DCCBC, Dunaliella Culture Collection at Brooklyn College) Καλλιέργεια D. tertiolecta (Πηγή: SCCAP, Scandinavian Culture Collection of Algae & Protozoa)

61 Σχεδιασμός πειραμάτων τοξικότητας και μελέτης των υποθανατογόνων επιπτώσεων των ουσιών σε υδρόβιους οργανισμούς. 2. Έλεγχος τοξικότητας-μέθοδοι Τοξικότητας. Οικοτοξικολογικά πειράματα με φύκη (algae) Το παράδειγμα του είδους Dunaliella tertiolecta Πρωτόκολλο OECD 201 (1984) Προσθήκη εξεταζόμενης ουσίας σε θρεπτικό υλικό f/2 και εμβολιασμός κάθε κωνικής φιάλης με κατάλληλη ποσότητα καλλιέργειας του υπό μελέτη οργανισμού, ώστε να προκύψει νέα καλλιέργεια με αρχική μέση τιμή πυκνότητας κυττάρων κύτταρα/mL. Πειραματική διαδικασία Διάρκεια πειράματος: 4 ημέρες (96h) Θερμοκρασία επώασης: 20,0 0,3 ο C Φωτισμός: lux Εύρος Συγκεντρώσεων Έκθεσης: διαφορετικά επίπεδα συγκεντρώσεων για κάθε ουσία Συχνότητα δειγματοληψίας: ημέρες (24, 48, 72 και 96 h) Μέθοδος εκτίμησης τοξικότητας: Με άμεση μικροσκοπική καταμέτρηση με αιμοκυττόμετρο Neubauer Υπολογισμός: Μέση τιμής(mean/average) κυττάρων/ml τυπική απόκλιση (SD) Ρυθμός ανάπτυξης (μ αν ) του φυτοπλαγκτονικού οργανισμού Επί τοις % παρεμπόδιση της ανάπτυξης (% Ιnhibition ή I)