Биологический мониторинг - Татьяна Евстифеева

Сравнительная физиология. Функциональные приспособления животных к изменениям в окружающей среде могут быть исследованы на экологическом, биохимическом, физиологическом и морфологическом уровнях и могут указывать на присутствие в ней загрязняющих веществ.

Гидробиология. Фауна и особенности распределения видов, чувствительных к качеству воды, могут указывать на состояние водного бассейна.

Круг объектов индикации в последние годы все больше расширяется. К ним относятся: индикация климата; геологического строения горных пород; тектонических движений; геоморфологических процессов; полезных ископаемых; грунтовых вод; типа, богатства, кислотности, засоления, увлажнения, механического состава и динамики почв; состояния и динамики растительности; пастбищной дигрессии; местообитаний животных; загрязнения воды, воздуха, почвы газообразными неорганическими соединениями, тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами, нефтепродуктами; мутагенных факторов; эрозионных процессов; состояния экосистем; ландшафтов; сельскохозяйственных земель; появления вредителей и болезней и др.

При активном мониторинге пытаются обнаружить прежде всего антропогенные стрессовые воздействия на тест – организмах, находящихся в стандартизированных условиях. При этом рекомендуется подвергать действию изучаемых факторов одновременно несколько видов растений или других организмов, различающихся по устойчивости к стрессорам, устанавливать особенности воздействия стрессоров в зависимости от их дозы.

Наибольшую ценность представляют биоиндикаторы, присутствующие на объекте индикации в большом количестве с высокой достоверностью, отличающиеся однородными свойствами, не требующие больших затрат для их выявления и получения достаточно точных и воспроизводимых результатов, имеющие диапазоны погрешностей по сравнению с другими методами не более 20 %. Преимущества живых индикаторов состоят в том, что они суммируют все биологически важные данные об окружающей среде, отражают ее состояние в целом, устраняют трудную задачу применения дорогостоящих и трудоемких физических и химических методов для измерения биологических параметров, вскрывают скорость происходящих в природной среде изменений; указывают пути и места скопления в экологических системах различного рода загрязнений, позволяют судить о степени вредности тех или иных веществ для живой природы и человека, дают возможность контролировать действие многих синтезируемых человеком соединений; помогают нормировать допустимую нагрузку на экосистемы.

3 Индикаторные и аккумулирующие растения. Понятие антропотолерантности

Индикаторные растения – растения, дающие визуально определяемые признаки поражения теми или иными загрязняющими веществами и их смесями. Определенные виды и расы высших сосудистых растений реагируют на газообразные и твердые вещества, причем на такие концентрации этих веществ в атмосфере, которые не вызывают реакции человека и животных, и эти реакции можно прогнозировать. Многие растения могут служить индикаторами присутствия тех или иных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, реакции же других могут быть связаны с влиянием определенных концентраций специфических загрязняющих атмосферу веществ (таблица 2).

Таблица 2 – Загрязняющие вещества и чувствительные к ним растенияиндикаторы (по Н. А. Воронкову, 1999)

Аккумулирующие растения – растения, способные накапливать загрязняющие вещества в своих тканях в количествах, достаточных для физико – химического определения уровня загрязнения сопредельных сред.

Проявляется экологический принцип химического соответствия и средообразующей роли живого. Избирательная средообразуюшая способность поглощения элементов растениями определила аккумуляцию в почвах биофильных элементов (азот, фосфор, калий) из рассеянного состояния и отторжение элементов, не свойственных их биолого-физиологическим процессам. Биофильность элементов ранжируется их способностью к биологическому поглощению или отторжению растением. При избытке элементов, не свойственных физиологическим отправлениям живого, создаются стрессовые ситуации, контролируемые мониторингом и регистрируемые индикационно по изменениям морфологии живых организмов или изменениям видового состава биоценоза.

Антропотолерантность отдельных видов растений и растительных сообществ – это устойчивость их к воздействию антропогенных факторов.

Экспериментально установлено, например, что растения ряда видов усваивают через листья SO2 и, включая его в свой обмен, способствуют очистке воздуха без заметного ущерба для себя. Другие растения слабо загрязняются ввиду особенностей своего строения и также обладают толерантностью.

Выявлена достоверная устойчивость лип и конского каштана к воздействию автомобильных газов, к SO2 устойчивы клен красный, береза бородавчатая, сосна черная, акация белая, сирень обыкновенная, свекла, огурцы.

Однолетние растения поражаются в меньшей степени, чем многолетние; широколиственные растения больше, чем хвойные.

Хлорелла обыкновенная выдерживает влияние фосфатов, нитратов и мочевины в очень высоких концентрациях.

4 Диагностика стрессовых состояний живых организмов. Эффекты острого и хронического воздействия

Диагностика – процесс определения природы и особенностей проявления болезненного состояния.

Правильная диагностика включает много связанных элементов, самый главный из которых- симптомы.

Симптом – заметное изменение в ожидаемом внешнем виде, структуре или функции организма, предполагающее, что с ним что-либо не в порядке.

Причина болезни может быть связана с действием какого-либо организма и в таком случае называется биотической, если она связана с физическим стрессом, то является абиотической.

Реакция большинства растений на различные стрессы в основном одинакова. Первым показателем нарушения нормальной жизнедеятельности растений является потеря зеленого пигмента листа – хлорофилла. Зеленый лист постепенно выцветает, лист желтеет. В связи с ослаблением функций тканей, начинается отмирание, выражающееся в появлении фрагментов коричневого цвета. Появление коричневых или желтых пятен или точек на листе – также достоверная первоначальная реакция на стресс.

Эффекты воздействия загрязнения различных сред на растения, условно можно разделить на:

– эффекты острого воздействия высоких уровней загрязняющих веществ за короткий промежуток времени;

– эффекты хронического воздействия низких уровней этих веществ за продолжительный период.

Примером эффектов острого воздействия являются отчётливо наблюдаемый хлороз или некроз тканей листьев, опадение листвы, плодов, лепестков цветков, свёртывание листьев, искривление стеблей.

К эффектам хронического воздействия относятся замедление или прекращение нормального роста, хлороз и некроз верхушек листьев, медленное увядание растений или отдельных его органов.

Иногда проявление хронического или острого воздействия может быть специфическими для отдельных загрязняющих веществ или их смесей.

Довольно много видов растений можно использовать в качестве индикаторов или накопителей загрязнения воздуха из-за их способности давать визуально заметные реакции (таблица 3).

Поскольку растения в целом обладают высокой чувствительностью к воздействию некоторых загрязняющих веществ, их можно использовать в качестве индикаторов для выявления загрязнений и определения его уровня.

Если растения способны накапливать загрязняющие вещества без изменения их химического состава за счёт метаболических процессов и если эти аккумулированные вещества могут быть легко идентифицированы в образцах растений, такие виды растений можно использовать как накопители загрязнения.

Если аккумулирование веществ растениями рассматривается как проявление воздействия загрязнения, то использование растений чрезвычайно удобно для определения уровня и состава загрязнения а также мониторинга эффекта воздействия загрязняющих веществ.

Таблица 3 – Реакция отдельных растений на воздействие загрязняющих веществ

Для такого мониторинга чрезвычайно важно соблюдение следующих условий:

1. Воздействия должны приводить к заметной реакции растения на загрязнение среды.

2. Эффекты воздействия должны хорошо восприниматься при использовании растений генетически подобных популяций, что гарантирует представительность результатов.

3. Эффекты воздействия должны характеризоваться специфическими симптомами, свойственными воздействию определённых загрязняющих веществ.

4. Растения должны быть чувствительны даже к чрезвычайно низким уровням загрязняющих веществ.