Татьяна Евстифеева - Биологический мониторинг

• Название: Биологический мониторинг
• Автор: Татьяна Евстифеева
• Жанр: Биология

В учебном пособии рассмотрены основные понятия биологического мониторинга, методы биоиндикационных исследований, особенности поведения загрязняющих веществ в окружающей среде их поступления в живые организмы и накопления в них.

---

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

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

5. Растения должны хорошо расти, быть устойчивыми к заболеваниям и воздействию насекомых.

При выборе растений полезно, чтобы эффект воздействия на индикаторные или аккумулирующие растения являлся представительным для других видов растений, имеющих схожее значение

5 Стандартизация индикаторных и аккумулирующих растений. Контроль в биоиндикации

Стандартизация аккумулирующих и индикаторных видов растений является чрезвычайно важным этапом, позволяющим уменьшить влияние побочных эффектов на результаты исследования воздействия загрязнений на растения. Так как эффекты зависят не только от уровня загрязняющих веществ и продолжительности воздействия, но и от вида растения, стадии его развития и физиологического состояния, от условий окружающей среды, основное значение имеет соблюдение правил выбора растений. В идеальном варианте растительный материал должен быть генетически однородным (клоны). На практике выбирают растения с оптимальными условиями роста, близкими во всех исследуемых районах.

Если при мониторинге испытываются растения, произрастающие в разных районах с различным состоянием почвы, результаты исследований можно признать только с большими поправками.

При сравнении уровня загрязнения сред в различных районах не следует исключать из расследования различия климатических условий, уровень которых измеряется на местах и учитывается при сравнении результатов наблюдений. Влияние патогенных микроорганизмов, паразитов на растения должно быть минимизировано или исключено за счет специальной обработки, если это невозможно, влияние этих факторов должно быть точно оценено. В случае выбора определенного вида растений условия, при которых проводятся наблюдения, должны соответствовать цели исследования. Если известен тип вещества, первым этапом получения адекватных результатов должен быть выбор растения, обладающего особой чувствительностью к этому веществу. Если состав загрязнения не известен, последовательно используют различные виды растений, обладающих специфической чувствительностью к одному из предполагаемых загрязнителей.

Для оценки возможного влияния биотических или абиотических факторов, таких, как вирусы, бактерии, грибы, насекомые, морозы на состояние растений следует проводить параллельные опыты на одном из подвидов индикаторного вида растений, который обладает высокой толерантностью к воздействию загрязняющих веществ.

Контроль – определенный вид функциональной зависимости, отклонение от которой рассматривается как нарушение, например, появление на листьях растений некротических пятен, большой интервал формы и размера – всегда показатель изменения среды, поскольку в норме их быть не должно.

Отклонения характеристик биоиндикатора в нарушенной среде необходимо сравнить с нормой или контролем. В зависимости от ситуации используют разные подходы:

1. Сравнение с характеристиками объекта, находящегося вне зоны воздействия (например, чтобы выявить изменения растительности сообществ при промышленном загрязнении, их сравнивают с сообществами, расположенными вне зоны воздействия этих промышленных предприятий).

2. Сравнение с результатами эксперимента. В лабораторных опытах часть тест – организмов контактирует с загрязненной почвой, водой или воздухом, другая же часть (контроль) контактирует с чистыми субстратами.

Для тестирования воздуха, например, применяют специальные камеры с тест – растениями: через опытные камеры пропускают загрязненный воздух, а через контрольные – отфильтрованный с помощью активированного угля.

3. Сравнение с характеристиками объектов в прошлом, до воздействия человека (так называемые исторические стандарты). Некоторые типы экосистем, например, европейские степи, утратили свой первоначальный облик. В таких случаях о степени их разрушения можно судить по подробным научным описаниям, прошлых лет.

4. Выявление функциональных зависимостей от фактора, отклонение которого рассматривается как нарушение.

В исходных сообществах наблюдается множество видов с невысокой численностью и незначительное количество массовых видов, в нарушенных сообществах видов мало, но все они отличаются высокой численностью.

Ситуация усложняется, когда нормой является не одно конкретное состояние биоиндикатора, а целый набор. К таким показателям относятся:

– численность популяций;

– разнообразие сообществ;

– видовой состав сообществ.

Эти характеристики меняются по сезонам и годам, могут различаться в разных местообитаниях, из чего следует, что, чтобы установить норму для таких показателей, нужно располагать данными об их сезонной и многолетней динамике, их изменении по местообразованиям. Так, численность мелких почвенных членистоногих на одном и том же участке ненарушенного леса может меняться в течение года в 10 – 20 раз, а разнообразие сообществ – в 2 – 3 раза.

6 Типы анализа растительного и животного материала. Общие основы методов

К основным типам анализа растительного и животного материала:

1) визуальный (морфологический);

2) гистологический;

3) химический.

Морфологический анализ. Морфология растений как фундаментальная ботаническая дисциплина абсолютно необходима для решения разнообразных практических задач: медицинских, лесохозяйственных, природоохранных и многих других. Морфологические признаки составляют основу классификации растений, так как без знания структуры невозможно изучать жизненные процессы, происходящие в растениях. Изучение структурных особенностей растений необходимо для развития других ботанических дисциплин. Решение как частных ботанических, так и общебиологических проблем, в том числе экологических, возможно благодаря специфическим методам, используемым в морфологии растений:

1. Сравнительно-морфологический (описательный) – изучение топографических закономерностей в строении растений.

2. Онтогенетический – изучение закономерностей морфогенеза в процессе индивидуального развития растения (онтогенеза) от зиготы до смерти. При этом важное значение имеет анализ всех проявлений морфогенеза: особенностей роста, морфологической и анатомической дифференциации тела растения, возникающих в процессе его развития, полярности, симметрии, корреляции.

3. Эволюционная морфология (изучение морфогенетических изменений в процессе эволюции) основана на синтезе данных онтогенетической морфологии и сравнительной морфологии ныне живущих и вымерших растений. Задача эволюционной морфологии – изучение общих закономерностей преобразования структуры растений в процессе эволюции, без знания которых невозможно решение вопросов, связанных с филогенией растений, отражающей не только родственные отношения между разными таксонами, но и основные направления их эволюции. Сходство морфологических признаков может быть следствием родства, либо параллельного развития нескольких групп растений от какихто общих предков, либо следствием конвергенции – появлением сходных особенностей строения под влиянием одинаковых условий существования.

4 Функциональная морфология (изучение взаимодействия структуры и функции). Соединение морфологического и физиологического методов исследования дает представление о растении как целостной структурнофункциональной и динамичной системе, которая приспособлена к жизни в определенной экологической обстановке и реагирует на любые изменения внешних условий.

Гистологический анализ. Гистопатология – микроскопическое исследование и изучение больных тканей.

Загрязняющие вещества поражают определенные ткани, клетки и органоиды. Иногда специфические микроскопические повреждение достаточно четко варьируют в зависимости от вещества. В таком случае гистопатология может помочь поставить диагноз. Так как эта процедура трудоемкая, она применяется только тогда, когда другие методы не дают результата. Гистологический анализ используется для диагностики чаще у хвойных, чем у широколиственных деревьев.

Химический анализ. Когда изучены все предпосылки диагностики и их взаимосвязи, а причина возникшего состояния не установлена, хотя прогнозируется действие загрязняющих веществ – проводится химический анализ.

Обычно берут листья растений, так как они поглощают наибольшее количество загрязняющих веществ. Можно использовать для анализа стебли, корни, семена растений.

Анализ проводится в химической лаборатории, отбор образцов требует особой тщательности. В зависимости от серьезности проблемы образцы отбираются через интервал 0,5 – 1 километр, начиная от источника и отходя на несколько километров, чтобы выйти из пораженной местности.