Биоиндикация – определение, основные этапы развития

7. Уровни  биоиндикации

Осуществление биоиндикации возможно практически  на всех уровнях организации живой  материи: а) уровень макромолекул: учитываются изменения в концентрации, строении и функционировании биологических молекул; б) уровни клетки и органа: также учитываются изменения в их структуре и функционировании; в) уровень организма: учитываются реакции отдельных организмов. На уровне организма осуществляется т. н. биотестирование, когда о качестве среды судят по реакциям отдельных особей индикаторных видов. г) популяционный уровень: изучается динамика численности индикаторных видов в нарушенном и интактном местообитаниях; д) уровень сообществ: на этом уровне учитываются видовой состав сообществ, соотношение численностей различных видов, а также изменения функциональных показателей целых сообществ (например, соотношение процессов продукции и деструкции).

8. Поступление в растения ЗВ

При загрязнении  в клетках растений происходят следующие  изменения пигментов:

• уменьшается  содержание хлорофилла. Этапы его  разрушения (феофетин, феофорбиды, распад пиррольного кольца);

• понижается отношение  хлорофилл а / хлорофилл в. Отмечается, в частности, у ели при хроническом задымлении SO2;

• замедляется  флуоресценция хлорофилла.

При биоиндикации все эти изменения фиксируют  с помощью приборов: хроматографа, спектрофотометра и флуориметра.

9. Фитоиндикация.  Молекулярный уровень. Пигментный состав и флюоресценция хлорофилла.

Фитоиндикация - использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название - индикационная  геоботаника

Флуоресценция является таким свойством хлорофилла, которое может наблюдаться ( и  уже наблюдалось) одновременно с  измерениями фотосинтетической  активности. Измеряя выход флуоресценции, можно получить представление об обмене энергии и процессах рассеяния  энергии в фотосинтезирующих клетках, без нарушения их жизненных процессов.

Флуоресцентные  методы в экологическом мониторинге. Характер изменения первичных стадий фотосинтеза непосредственно отражается в изменении флуоресценции хлорофилла в фотосинтетических мембранах клеток. Флуоресценция хлорофилла является пока единственным показателем, который позволяет исследовать в живых объектах протекание фотохимических реакций, связанных с работой фотосистемы 2 высших растений— системы, наиболее чувствительной к факторам внешней среды таким как: экстремальные температуры, избыточная освещенность, соли тяжелых металлов, высушивание, повышение содержания солей в питательной среде.

10. Фитоиндикация.  Клеточный уровень.

Аккумуляция вредных  веществ

Хорошим показателем  загрязнения среды может служить повышенная концентрация поллютантов в клетках живых организмов. Так, обнаружена корреляция между содержанием свинца в листьях тисса и интенсивностью движения в городах.

Изменение размеров клеток

Показано, что  при газодымном загрязнений:

• увеличиваются клетки смоляных ходов у хвойных деревьев;

 • уменьшаются клетки  эпидермиса листьев.

Нарушение физиологических  процессов в клетке: Плазмолиз. В  клетках растений под действием  кислот и 50г цитоплазма отслаивается от клеточной стенки.

Метод биоиндикации на клеточных культурах может использоваться:

в экологии - для интегральной оценки вредного воздействия на организм человека и животных антропоэкологических и космофизических неблагоприятных  факторов, мониторинга геопатогенных  зон;

в фармакологии - для изучения фармакологических свойств новых препаратов и прогнозирования безопасности их применения;

в токсикологии - для изучения острой и хронической токсичности  различных веществ;

11. Фитоиндикация. Уровень органов.  Хлорозы и некрозы. Ростовые процессы.

Растительный  покров чутко реагирует на изменение  природных факторов окружающей среды  и антропогенное влияние. Фитоиндикация — индикация факторов среды на основе растительности.

Хлороз растений, болезнь растений, при которой нарушается образование хлорофилла в листьях и снижается активность фотосинтеза. Под возд-ем газообразных соед-ий меняют окрас, разруш-ся. Характерные признаки: преждевременное пожелтение и опадение листьев, мелколистность, усыхание верхушек побегов,и т.п. У хвойных обесцвечивание хвоинок.

Некроз - омертвение в живом организме отдельных органов или их частей, тканей или клеток из-за накопления ЗВ. Ржавые и коричневые пятна.

Различают: точечный некроз, верхушечный, краевой(когда загр-е ч/з корнев систему) и площадной.

Ростовые  процессы.

Рост – один из важнейших параметров, характеризующих  состояние популяции в конкрет-

ных условиях окружающей среды. 3амедление роста может  наступить из-за снижения интенсивности  питания или увеличения расхода энергии, связанного с дыханием или выделением, под действием разных экологических факторов – температуры, солености, концентрации О₂, концентрации пищи, ионов металлов, нефти, скорости движения воды и др. Рост отдельных особей можно измерять прямым методом или косвенно. Непрямой метод, или физиологическая оценка роста является интегральным, поскольку включает измерение таких физиологических переменных, которые отдельно и вместе характеризуют состояние особи.

12. Флуктуирующая асимметрия.

Для диагностики воздействия загрязнений на морфологические хар-ки примен методы оценки флуктуирующей асимметрии.

Флуктуирующая асимметрия (ФА) – незначительные направленные отклонения от строгой билатеральной симметрии. ФА является результатом неспособности организмов развиваться по точно определенному пану. ФА м.б. охарактеризована как одно из наиболее обычных и доступных для анализа проявлений случайной изменчивости развития. Ф - это один из общих онтогенетических показателей, характеризующий стабильность  индивидуального развития, дающий оценку состояния природных популяций и зависящий от состояния среды. Величина ФА и ее зависимости от определенных факторов м.б. определена лишь на популяционном уровне.

13. Фитоиндикация. Фитоценотический  уровень.

Фитоиндикация — индикация факторов среды на основе растительности. Фитоценотический - изучение состава и вертикальной и горизонтальной структуры и строения растительных сообществ.

Видовой состав раст сообществ: п-ли биоразн-я; число  видов и адвентивной флоры; геогр эл-ты флоры. (Флора - сов-ть видов раст-ти данной мест-ти)

Стр-ра раст сообществ: спектр жизненных форм; кол-во эвробионтных и стенобионтных видов; соот-е  видов по стратегиям; проектив. покрытие.

Стратегии видов  растений: патиенты(верблюды); эксплеренты(шакалы); виоленты(львы).

14. Лихеноиндикация

Лихеноиндикация — изучение и анализ лишайникового покрова растительных сообществ.

Чаще всего  метод лихеноиндикации применяется  для оценки уровня аэротехногенного за-

грязнения. Под  воздействием поллютантов у лишайников отмечается ряд изменений на разных уровнях. Лиш-ки – индикаторы атм-го загр-я л-тов. По устойчивости:1.Накипные,2. Кустистые,3. Листовые. Чем больше таллом тем меньше ЗВ в атм-ре. (Таллом-симбиоз лишка и гриба).

Примеры: инд-р  отсутствия ЗВ- usneu barbata.

Одним из индикационных  видов-cladonia coccifera-цвет мен-ся только при сильном загр-ии и меняется просто интенсивность тона. В основном длину(рост), загибаются.

15. Микоиндикация.

Микоиндикация заключается в использовании грибов в качестве биоиндикаторов. Грибы являются обязательным компонентом комплексного исследования экосистем, оценки их состояния и экологического мониторинга, так как они встроены в биологический поток вещества и энергии и чутко реагируют на состояние всех прочих компонентов биоты.

16. Альгоиндикация  в оценке загрязнения почв  и водоемов.

Под общим названием  «водоросли» (Algae) объединяют весьма разнообразные  низшие хлорофиллоносные организмы. К  почвенным водорослям принято относить водоросли, для которых типичными  местообитаниями являются поверхность и толща почвенного слоя. Подавляющее большинство водорослей, населяющих почву, имеют микроскопические формы.Почвенные водоросли первыми из растений поселяются на безжизненных субстратах: скальных поверхностях высокогорий, промышленных отвалах, на территориях подвергнувшихся катастрофическим воздействиям (извержениям вулканов, атомным взрывам, пожарам и т.п.) и тем самым облегчают расселение других организмов. В то же время, водоросли последними из растений «отступают» под давлением неблагоприятных факторов природного и антропогенного происхождения. В этих условиях гибель сообщества водорослей (альгоценоза) приводит к разрушению всего биоценоза. Развиваясь на поверхности и в толще почвы, водоросли оказывают влияние на ее физико-химические свойства. Они синтезируют и выделяют в окружающую среду разнообразные вещества, изменяют рН почвенного раствора, улучшают водный режим и аэрацию почвы, препятствуют ее эрозии. Через избирательное поглощение и концентрирование в своих клетках отдельных химических элементов, в том числе и радиоактивных, влияют на солевой баланс и состав микроорганизмов в почве. Многие виды сине-зеленых водорослей (цианобактерий) способны к азотфиксации.

Кроме того водоросли  служат пищей для гетеротрофных  организмов, участвуют в сложных взаимоотношениях с другими живыми компонентами экосистемы. В частности, с высшими растениями они конкурируют за элементы минерального питания, поселяясь на муравейниках, выступают как комменсалы, в то же время сами дают «пищу и кров» живущим в их слизистых чехлах бактериям и микроскопическим грибам.

При использовании  водорослей для оценки текущего состояния  почвы можно применять два  подхода. Первый (альготестирование) заключается  в том, что в исследуемую почву (или водную вытяжку из нее) вносят водоросли и по их реакции судят о почве. Второй (альгоиндикация) предусматривает оценку качества почвы по состоянию водорослей, живущих в ней. Альгоиндикацию можно проводить на разных уровнях: организменном, популяционном, ценотическом.

17. Зооиндикация. Основные преимущества. Группы животных в зооиндикации.

Зооиндикация  – беспозвоночные, амфибии, рептилии, птицы, млекопитающиеся.

Плюс-они являются консументами.

Пусти поступления: с пишей, через кожный покров, через  дыхание.

Физиологические реакции:

1. Связывание с белками.

2. Образование  кислородных радикалов.

3. Связывание  с нуклеиновыми клетками.

Индикационные признаки – снижение скорости роста, снижение скорости размножения, функционирующая  ассиметрия, накопление токсикантов  в тканях и органах.

Птицы-хороший биоиндикатор.

1.Интенсивный  метаболизм.

2. Потребление  большего количества пищи на  единицу массы тела.

3. Более высокая  аккумуляция токсикантов во внутренних  органах.

4. Загрязненные  местообитания, где отсутствуют  поселения человека, привлекательны для птиц.

5. Наибольший  интерес представляют насекомоядные  и хищные птицы.

Индикационные признаки у птиц: содержание ЗВ в  перьях, в зародыше, скорлупе яйца, в  мышцах и органах, аномалии развития органов.

Почвенные беспозвоночные – характерный индикатор, т.к. обитают в подстилке, сапрофиты (они едят ЗВ).

Млекопитающие: плюсы-физиологическая близость к  человеку, активный обмен веществ, четная дифференциация тканей, органов, четкие физиологические реакции, минус-трудно поймать (полевка, крот, бурый медведь, лось и т.д)

18. Галоиндикация.

По характеру  индуцируемых показателей выделяются литоиндика-ция (индикация литологического  состава горных пород), гидроиндикация (индикация уровенного режима грунтовых  вод), галоиндикация (индикация характера  и степени засоления почво-грунтов и грунтовых вод), индикация природных процессов (ретроспективная, синхронно-стадийная, прогнозная)

Галоиндикация -заселения по растениям, требовательным к солям (галофитам).

Галоиндикация – индикация засоления материнских  почвообразующих

пород и почв.

Галоиндикация широко используются для оценки современного состояния природной среды при  инвентаризации элементов ландшафтной  структуры различных иерархических  уровней в процессе мелиоративных  исследований, обеспечивая, в основном, статическую и, в меньшей мере, динамическую характеристику природных комплексов (геосистем). Это направление становится традиционным в индикационных исследованиях, но оно не может в полной мере обеспечить прогноза развития как отдельных компонентов, так и геосистем в целом. Необходимость же таких проработок со всей очевидностью возникла в связи с проявлением негативных последствий мелиорации (Винокуров, 1982, 1983).

19. Гидроиндикация.

Гидроиндикация, или индикация грунтовых вод, основывается на способности многих растений развиваться лишь при связи их корневой системы с водонасыщенными горизонтами. Здесь, как и в области литоиндикации, используются растительные сообщества с господством глубококорневых растений. При геоботанической индикации возможна также и оценка минерализации грунтовых вод. При этом показателями высокоминерализованных грунтовых вод являются часто (но не всегда) те же сообщества, которые индицируют и соленосные горные породы

Геоботаническая гидроиндикация применяется в степях довольно широко. Особенно эффективна она в опустыненных степях и в южных вариантах настоящих степей- Наиболее распространенным гидроиндикатором в степях являются лиманы и лиманообразные понижения, занятые различными типами лугов. Это обширные, но неглубокие депрессии (глубиной от 0,5 до 3,0 м относительно окружающей их степи). Крупные и отчетливо выраженные низины обычно называются лиманами, мелкие же и имеющие расплывчатые контуры зовутся лимано-образными понижениями. Наиболее важной чертой лиманов и лиманообразных понижений является их растительность. Однако ее тесная сопряженность с определенной формой рельефа заставляет считать лиманы не чисто геоботаническими, а комплексными ландшафтными индикаторами.