Биомониторинг. Биоиндикация как раздел биомониторинга. Организмы-биоиндикаторы.

Введение

Биомониторинг – одно из современных и широко применяемых на данный момент методов научных исследования. Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга – слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.

Биоиндикация – одна из самых актуальных состовляющих биомониторинга. Представляет собой оценку состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) – это клетки, организмы, популяции, сообщества. С их помощью может производиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.) так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ).

В данной работе будет рассмотрено наиболее развитое и популярное направление в биоиндикации – анализ состояния окружающей среды по морфологическим признакам биоиндикаторов (березы повислой, клевера ползучего, кресс-салата).

Цель данного исследования–дать оценку уровню экологического неблагополучия в различных регионах г. Минска на основе оценки морфологических признаков биоиндикаторов.

Задачи данного исследования:

1. Освоить методику сбора и хранения биологических материалов и почвы

2. Освоить программу автоматического анализа листовых пластин

3. Освоить методы подготовки проб

4. Изучить и освоить методику РФА для биологического материала

5. Дать оценку качества среды в рекреационных зонах города

Биомониторинг. Биоиндикация как раздел биомониторинга. Организмы-биоиндикаторы.

1.1.Биомониторингявляется составной частью экологического мониторинга - слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.

В 1990 г. экологическая комиссия Европы под эгидой ООН приняла программу интегрированного мониторинга

1.2. Биоиндикация- это оценка состояния среды с помощью живых объектов. Живые объекты (или системы) - это клетки, организмы, популяции, сообщества. Соответственно индикация осуществляется на различных уровнях – клеточном, организменном, популяционном и т.д. С помощью этих объектов может производиться оценка как абиотических факторов (температура, влажность, кислотность, соленость, содержание поллютантов и т.д.) так и биотических (благополучие организмов, их популяций и сообществ). Термин «биоиндикация» чаще используется в европейской научной литературе, а в американской его обычно заменяют аналогичным по смыслу названием «экотоксикология».

Часто задают вопрос: «Почему для оценки качества среды приходится использовать живые объекты, когда это проще делать физико-химическими методами?» По мнению Ван Штраалена (1998), существуют по крайней мере 3 случая, когда биоиндикация становится незаменимой:

1) Фактор не может быть измерен. Это особенно характерно для попыток реконструкции климата прошлых эпох. Так, анализ пыльцы растений в Северной Америке за длительный период показал смену теплого влажного климата сухим прохладным и далее замену лесных сообществ на травяные.

2) Фактор трудно измерить. Некоторые пестициды так быстро разлагаются, что не позволяют выявить их исходную концентрацию в почве. Например, инсектицид дельтаметрин активен лишь несколько часов после его распыления, в то время как его действие на фауну (жуков и пауков) прослеживается в течение нескольких недель.

3) Фактор легко измерить, но трудно интерпретировать. Данные о концепции в окружающей среде различных поллютантов (если их концентрация не запредельно высока) не содержат ответа на вопрос, насколько ситуация опасна для живой природы. Показатели предельно допустимой концепции (ПДК) различных веществ разработаны лишь для человека. Однако, очевидно, эти показатели не могут быть распространены на другие живые существа. Есть более чувствительные виды, и они могут оказаться ключевыми для поддержания экосистем. С точки зрения охраны природы, важнее получить ответ на вопрос, к каким последствиям приведет та или иная концентрация загрязнителя в среде. Эту задачу и решает биондикация, позволяя оценить биологические последствия антропогенного изменения среды.

Физические и химические методы дают качественные и количественные хар-ки фактора, но лишь косвенно судят о его биологическом действии. Биоиндикация, наоборот, позволяет получить информацию о биологических последствиях изменения среды и сделать лишь косвенные выводы об особенностях самого фактора. Таким образом, при оценке состояния среды желательно сочетать физико-химические методы биологическими.

Актуальность биоиндикации обусловлена также простотой, скоростью и дешевизной определения качества среды. Например, при засолении почвы в городе листья липы по краям желтеют еще до наступления осени. Выявить такие участки можно, просто осматривая деревья. В таких случаях биоиндикация позволяет быстро обнаружить наиболее загрязненные местообитания.

Во всех случаях, когда речь идет о контроле, без которого биоиндикация в принципе невозможна, встает вопрос, что считать нормой для того или иного биоиндикатора? В одних случаях ответ будет простой. Например, появление на листьях растений некротических пятен любой формы и размера - всегда индикатор загрязнения среды, поскольку в норме их быть не должно.

Ситуация усложняется, когда нормой является не одно конкретное состояние биоиндикатора, а целый набор, диапазон таких состояний. К таким индикаторам относятся численность популяции, разнообразие сообществ, их видовой состав и т.д. эти характеристики меняются по сезонам и по годам, они могут отличаться в различных местообитаниях, следовательно, чтобы установить норму для таких биоиндикаторов, нужно располагать данными об их сезонной и многолетней динамике, их изменении по местообитаниям.

Что касается применения растений в качестве индикаторов, чаще всего применяются следующие морфологические показатели у растений:

1) Изменение окраски листьев (неспецифическая, реже специфическая, реакция на различные поллютанты):

· Хлороз - бледная окраска листьев между жилками. Отмечали при избытке в почве тяжелых металлов и при газодымовом загрязнении воздуха.

· Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев при засолении почвы хлоридами.

· Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под действием сернистого газа.

· Побурение или побронзовение. Часто означает начальную стадию некротических повреждений.

· Листья как бы пропитаны водой (как при морозных повреждениях). Возникает под действием ряда окислителей, например пероксиацетилнитрата.

· Серебристая окраска листьев. Возникает под действием озона на листьях табака.

2) Некрозы - отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична.

· Точечные и пятнистые

· Межжилковые - некроз тканей между боковыми жилками. Часто отмечаются при воздействии сернистого газа.

· Краевые - на листьях липы под влиянием соли (хлорида натрия), который зимой посыпают улицы для таяния льда.

· «Рыбий скелет» - сочетание межжилковых краевых некрозов.

· Верхушечные некрозы - у однодольных покрытосемянных и хвойных растений. Например, хвоинки пихты и сосны после действия сернистого газа становятся на вершине бурыми, верхушки листьев гладиолусов после окуривания фтористым водородом становятся белыми.

3) Преждевременное увядание. Под действием этилена в теплицах не раскрываются цветки у гвоздики, увядают лепестки орхидей. Сернистый газ вызывает обратимое увядание листьев малины.

4) Дефолиация - опадание листвы. Обычно наблюдается после некрозов и хлорозов. Например, осыпание хвои у ели и сосны при газодымовом загрязнении воздуха, листьев лип и конских каштанов - от соли для таяния льда, крыжовника и смородины - под действием сернистого газа.

5) Изменение размеров органов обычно неспецифичны. Например, хвоя сосны вблизи заводов удобрений удлиняется от нитратов и укорачивается от сернистого газа. У ягодных кустарников дым вызывает уменьшение размеров листьев.

6) Изменение формы, количества и положения органов. Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивно облучения. В результате локальных некрозов возникает вздувание или искривление листьев, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или уменьшение частей цветка.

7) Изменение жизненной формы растения. Кустовидная или подушечная форма роста свойственна деревьям, особенно липе, при сильном устойчивом загрязнении воздуха (HCI, SO2).

8) Изменение плодовитости. Обнаружено у многих растений. Например, при действии поллютантов уменьшается образование плодовых тел у грибов, снижается продуктивность у черники и ели. Некоторые виды лишайников не образуют плодовых тел в сильно загрязненном воздухе, но способны размножаться вегетативно.

1.3. Биоиндикаторы- организмы, присутствие, количество или интенсивность развития которых служит показателем каких-либо естественных процессов или условий среды обитания, например присутствия или отсутствия некоторых веществ (в т. ч. практически важных). В зависимости от цели и сферы применения биоиндикаторами могут выступать различные организмы (животные, растения, микроорганизмы и др.) Растения-биоиндикаторы являются наиболее универсальными, применяются при исследовании уровня загрязненности почвы, воды, атмосферного воздуха. Наиболее часто используют в качестве индикатора березу, ольху, осину, ель, сосну, борщевик, валериану, ромашку, клевер, кресс-салат, ягодные кустарники, многие виды водных растений, а также лишайники.

1.4. Береза повислая (лат. Bétula péndula) - вид растений рода Берёза (Betula) семейства Берёзовые (Betulaceae). Широко распространённая лесообразующая порода, формирующая мелколиственные леса по всем климатическим зонам. Берёза светолюбива, легко вытесняется более долгоживущими и крупными деревьями; во многих случаях присутствует в лесах только как примесь, по более светлым участкам. В лесостепных и степных районах формирует коренные древостои.

При благоприятных условиях достигает 25—30 м в высоту и до 80 см в диаметре. Корневая система берёзы сильно развита, но проникает в почву неглубоко, поэтому деревья нередко подвергаются ветровалу. Кора у молодых деревьев коричневая, а с 8—10 лет белеет. Молодые особи можно спутать с видами ольхи. Во взрослом состоянии хорошо отличается от других деревьев по белой коре. У более старых деревьев кора в нижней части ствола становится глубокотрещиноватой, чёрной. Древесина желтовато-белая, плотная и тяжёлая. Крона ветвистая, но не густая, ветвление симподиальное. Листья от ромбически-яйцевидных до треугольно-яйцевидных, 3,5—7 см длины, 2—5 см ширины, заострённые на верхушке с ширококлиновым или почти усечённым основанием, гладкие, в молодом возрасте клейкие; края двоякозубчатые. Черешки голые 0,8—3 см. Почки сидячие. Цветки правильные, мелкие, невзрачные, однополые, собраны в серёжчатые, повисающие соцветия на концах веточек. Цветёт до распускания листьев.

Сравнительно недолговечна, живёт до 120 лет, реже до более взрослого возраста. Широко применяется человеком.

1.5. Клевер ползучий (лат. Trifolium repens) - растение из рода Клевер, семейства Бобовые, подсемейства Мотыльковые. Многолетнее травянистое растение. Растёт по полям и лугам, берегам водоёмов и обочинам дорог, на пастбищах и возле жилья. Часто сорничает в посевах. К почвам нетребователен. Влаго- и светолюбив. Морозостоек. Корневая система разветвлённая. Корень многоглавый, главный корень укороченный (мочковатая корневая система).Стебель ползучий, стелющийся, укореняющийся в узлах, ветвистый, голый, часто полый. Листья длинночерешчатые, трёхраздельные, их листочки широкояйцевидные, на верхушке выемчатые. Черешки восходящие, до 30 см длиной. Цветочные головки пазушные, почти шаровидные, рыхлые, до 2 см в поперечнике; цветоносы длиннее черешков листьев, длиной 15—30 см, после отцветания отгибаются вниз, тогда как молодые или цветущие торчат вверх. Венчик белый или розоватый, по отцветании буреют; цветки слегка ароматные. В цветке 10 тычинок, девять из них сросшиеся нитями в трубочку, одна - свободная. Нектароносная ткань расположена на дне венчика вокруг завязи. Цветёт с мая до глубокой осени. Цветки в головке распускаются от периферии к центру. Широко применяется человеком.

Характерной особенностью T. repens является то, что он очень хорошо адаптируется к широкому диапазону абиотических условий, устойчив к вытаптыванию. Поэтому T. repens можно использовать в качестве фенотипического биоиндикатора оценки состояния окружающей среды и уровня антропогенного воздействия. Так как на экологически напряженных территориях под воздействием антропогенных факторов окружающей среды естественный отбор и мутационный процесс приводит к расширению наборов фенов, увеличению частоты их встречаемости и появлению в популяциях специфических «городских» фенотипов.

1.6. Кресс-салат (лат. Lepidium sativum) - быстрорастущее съедобное однолетнее или двулетнее травянистое растение, вид рода Клоповник (Lepidium) семейства Капустные, или Крестоцветные (Brassicaceae). Однолетнее растение высотой 30—60 см с легко вырывающимся из земли простым корнем. Растение голое, с сизоватым налетом. Нижние листья единожды- или дваждыперистораздельные; средние листья триждыраздельные; верхние цельные, линейные. Лепестки околоцветника белые или розовые. Плод — широкоовальный стручочек, в верхней части по краю крылатый, на верхушке со столбиком. Цветоножки при стручках, прижатые к оси соцветия. Широко используется человеком.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: