Биоиндикация на высших иерархических уровнях: популяция, биоценоз, экосистема.

Биоиндикация на популяционном уровне
Использование показателей популяционного уровня зависит от выбранных видов.

1. Ростовые показатели. Данные об абсолютной или относительной скорости роста можно получить, изучая структуру популяции или видов известного возраста. Лучше всего использовать такие виды, у которых образуются ежегодные метки (например, двустворчатые моллюски).

2.Изменение плодовитости особей, входящих в популяцию, может свидетельствовать о нарушении репродуктивного процесса. Этот показатель целесообразно использовать для видов, которые откладывают относительно небольшое число яиц.

3. Распределение и обилие видов. Распределение и обилие являются особо ценными показателям состояния популяции оседлых видов, особенно при изучении градиента загрязнения.

4. Структура популяции. Максимальная чувствительность структурного показателя популяции достигается при наблюдении за изменениями динамики популяции.

5. Биомасса.В травянистых сообществах удобнее и проще всего проводить учет биомассы в период максимального развития травостоя.

6. Обилие. Суммарное значение обилия, по-видимому, менее изменчиво, чем обилие отдельных популяций.

7. Видовое разнообразие. Число видов в конкретномтаксоцене обычно сильно зависит от числа и размера взятой пробы.

8. Число высших таксонов.

9. Трофическая структура. Соотношение первичных продуцентов или консументов может быть связано c сукцессией и стабильностью сообщества, а соотношение видов с различными типами питания может указывать на преобладающий вид энергии, доступный сообществу.

10. Сравнение сообществ. Носят статистический характер.
11. Антропогенные стрессоры могут влиять на все признаки растительных популяций. Наиболее чувствительно реагирует продуктивность. Она может многократно возрасти в результате ослабления конкурирующих видов.
12. Изменение ареалов растений. Возросшая нагрузка на ландшафт (земледелие, выпас, индустриализация) вызвала во многих странах резкое сокращение лесных площадей. Ареалы растительных видов сильно изменяются под действием антропогенного стресса. Это выражается в сокращении или расширении ареала различных растений.

Биоиндикация на экосистемном уровне
Негативное воздействие анторопогенных факторов на природные экосистемы проявляется в изменении их видового состава.

Показательными признаками являются:
1) видовой состав, видовое разнообразие
2) характер распространения вида динамика ареала, в том числе расширение ареалов синантропных видов
3) популяционный анализ (продуктивность, плотность, динамика ареала, возрастная структура, смертность, внутривидовая дифференцировка, отбор устойчивых экотипов).

Для оценки состояния окружающей среды используется метод комплексной биоиндикации. Например, он может заключаться в комбинации фито- и зооиндикаторов на разных системных уровнях.

Методика имеет несколько последовательных этапов, на которых используются разные методы
1.выявление структуры территории по физико-географическим и экономико-географическим факторам, выявление антропогенного воздействия и на основе этого - определение однородных географических единиц.
2.определение сети ключевых участков и их характеристик.
3.выбор индикаторов и биоиндикационные исследования выбранных индикаторов, проводятся в течение трех лет три раза в год - весной, летом и осенью, чтобы выявить не только состояние индикаторов, но и динамику их изменений.
4.сбор дополнительной информации о состоянии почвы, воды и хозяйственной деятельности человека.

Построение карты состояния окружающей среды.
Степень изменения экосистем отражается экологическими индексами. Особенно показателен индекс разнообразия сообщества Н' (индекс Шеннона) высокое значение свидетельствует о высокой мере стабильности и саморегуляции экосистемы.

9. Фитоиндикационные методы. Дендроиндикация. Бриоиндикация.
Растительный покров чутко реагирует на изменение природных факторов окружающей среды и антропогенное влияние, поэтому фитоиндикационные методы распространены в биоиндикации окружающей среды.

Дендроиндикация - это метод биоиндикации, позволяющий на основе анализа характеристик древесного яруса и подроста судить о состоянии природной среды. Древесные растения способны поглощать и нейтрализовать часть атмосферных поллютантов, задерживать пылевые частицы, а также индицировать особенности загрязнения посредством разнообразия ответных реакций.

Брионидикация – это метод биоиндикации, суть которого заключается в оценке состояния природной среды на основе состояния мохового покрова. Установлено, что, чем больше рекреационное воздействие или техногенная нагрузка на лесные экосистемы, тем разнообразнее моховой покров. Для чистых территорий характерны 4-5 видов мхов.

10.Лихеноиндикация. Основные методы и подходы.
Лихеноиндикация – это метод биоиндикации, суть которого заключается в оценке состояния природной среды на основе состояния лишайникового покрова. Лишайники высокочувствительны к изменению химического состава атмосферного воздуха. Устойчивые к антропогенным воздействиям лишайники накапливают в своих слоевищах различные химические элементы, что указывает на загрязнение среды этими элементами. По сравнению с высшими растениями лишайники концентрируют в 5 раз больше Fe, в 2-3 раза больше Pb, Cd, Hg и других химических соединений.

Под воздействием поллютантов у лишайников отмечается ряд изменений на разных уровнях. На биохимическом и физиологическом уровне происходит торможение фотосинтеза, подавление интенсивности дыхания, уменьшение жизнеспособности диаспор лишайника и др. У лишайников практически отсутствуют механизмы регуляции процессов обмена с окружающей средой, так что они беспрепятственно поглощают различные химические вещества из атмосферного воздуха. Специфичным при этом является накопление поллютантов в организме, указывающее на качественный состав загрязнений и интенсивность антропогенной нагрузки. Их содержание в талломе зависит от времени воздействия, от концентрации поллютантов в атмосферном воздухе, от удаленности от источника эмиссии, от степени увлажненности таллома и т. д. Морфологические изменения выражаются в модификации характера поверхности таллома и типичной окраски. При этом значительно уменьшаются размеры слоевищ, отмечаются пролификация апотециев и некроз талломов.

11. Биоиндикация загрязнения атмосферного воздуха
Одним из наиболее распространенных видов загрязнений природной среды являются выбросы в атмосферу токсичных газообразных соединений. Основными из них считаются: двуокись серы, окись углерода, фтористый водород, сероводород, окись азота, хлористый водород. При биоиндикационных исследованиях и анализе реакции организма на воздействие загрязнения воздуха различают газоустойчивость и газочувствителъностъ растений.

Газоустойчивостъ - способность сохранять свойственные организму процессы жизнедеятельности и семенного воспроизводства в условиях загрязнения газами и парами атмосферного воздуха. Уровень газоустойчивости вида или особи оценивается по предельным концентрациям токсичного вещества, которые не вызывают функциональных и структурных нарушений в организме в период наивысшей физиологической активности и чувствительности к действующим атмосферным примесям.

Существуют следующие формы газоустойчивости:
1. Анатомическая. Ксероформные признаки - утолщение эпидермиса, развитие кутикулы, воскового налета, опушения, плотное сложение тканей, наличие пробкового слоя при слабом развитии аэренхимы.
 2. Физиологическая. Включает изменения в фотосинтезе, дыхании, работе устьиц и изменение интенсивности транспирации, снижение интенсивности газообмена.
3. Биохимическая. Объединяет те особенности метаболизма, которые затрудняют или исключают повреждаемость ферментных систем, белкового и других обменов.
4. Габитуальная. Включает особенности строения кроны, ветвления и высоты, надземных частей, уменьшающих контакт листьев и цветков с токсичными газами. Образование подушкообразных форм, пирамидальных крон деревьев.
5. Феноритмическая. Смещение и изменения в ходе фенологических фаз, преждевременное пожелтение и опадение листвы.
6. Анабиотическая. Представляет крайний случай физиологической газоустойчивости. К числу признаков этой формы относятся резкое сокращение газообмена и значительные анатомические изменения у зимующих видов деревьев и кустарников.
7. Регенерационная. Способность повторного облиствления и отрастания надземнойфитомассы.
8. Популяционная. Включает изменения возрастного состава, модификации особей, полиморфизм.
9. Фитоценотическая. Объединяет признаки растительных сообществ, снижающие токсичное воздействие газов: структура ярусов, густота насаждений, особенности горизонтального и вертикального строения фитоценозов.

Газочувствителъность - реакция организма на воздействие загрязняющего вещества в конкретный период его развития.Поглощение токсичных газов является функцией градиента концентраций, направленных от поверхности внутрь листа, и сопротивления к токсикантам.

Сопротивление, в свою очередь, складывается из:
1) аэродинамического - особенностей структуры кроны, расположения ветвей и листьев, наличия опушения надземной массы и др.;
2) кутикулярного - развития мощных покровных тканей, препятствующих проникновению поллютантов;
3) устьичного - подвядания листьев, снижающего повреждаемость тканей;
4) внутреннего - плотной структуры тканей, биохимической устойчивости к загрязняющему веществу.

Снижению газочувствительности способствует ксероморфная структура - плотное сложение тканей, образование мощных покровных тканей, развитие кутикулы, воскового налета.

В качестве индикатора может быть использовано изменение плодовитости организмов. При загрязнении воздуха происходит уменьшение образования плодовых тел у лишайников, увеличение количества стерильных цветков в соцветиях растений, изменение биопродуктивности ягодников (черники, брусники, клюквы).

На флористическом, фаунистическом, биоритмическом и поведенческом уровнях наиболее показательными биоиндикационными признаками являются изменение годового состава и отбор устойчивых экотипов. В таежных биогеоценозах при воздействии токсичных газов наблюдается смена сосновых и еловых лесов на березовые.

В зависимости от особенностей реакции на влияние поллютантов растения разделяют на растения-индикаторы и растения-мониторы. Растение-индикатор - растение, у которого признаки повреждения проявляются при влиянии фитотоксичной концентрации загрязняющих веществ или их смеси. Индикаторами могут быть такие растения, которые аккумулируют в тканях загрязняющее вещество или продукты метаболизма, образованные вследствие взаимодействия растения с внешними факторами: тяжелыми металлами (свинец и кадмий), газообразными веществами, такими как фтористый водород (НF) или сульфат (SО4).

Лишайники и мхи известны как накопительские загрязняющих веществ, преимущественно тяжелых металлов, которые эти растения могут аккумулировать в количествах, которые значительное превышают их концентрацию в окружающей среде.

Растение-монитор - растение, по признакам повреждения которого можно получить информацию о количестве загрязняющих веществ или их смеси в окружающей среде. Можно также использовать короткоживущие (травянистые) растения, которые обновляются каждый сезон или несколько раз на протяжении одного вегетационного периода, или древесные растения (деревья, кустарники), которые можно высадить на нужных участках и использовать как индикаторы на протяжении длительного периода.

12. Биоиндикация состояния почвенного покрова
Она необходима для контроля за состоянием окружающей среды, охраны ее от загрязнения. Так называемое фоновое количество химических элементов служит точкой отсчета при исследовании загрязнения почв, позволяет определить характер и степень их изменения.

Кислотность почв
Она определяется содержанием ионов Н+ в почвенных растворах. Выражают через рН в почвенном растворе. Для определения кислотности почв и изменения ее под влиянием природных и антропогенных факторов удобнее всего использовать индикакторные виды растений и особенности состава фитоценозов.В экологии растений существует следующая классификация видов по отношению к рН окружающей среды: ацидофилы - растения, произрастающие на кислых почвах; базифлы — растения, произрастающие на щелочных почвах; нейтрофилы — растения почв с нейтральной реакцией.

Механический состав почв
Биоиндикацию механического состава почв и литологических особенностей горных пород проще всего проводить по растениям.
Псаммофиты - растения, произрастающие на песчаных субстратах. К ним относятся осока вздутая, аристида, волоснецпесчаный и др.

Петрофиты (литофиты) - растения, произрастающие на каменистых субстратах: василек Маршалла, иван-чай широколистный.

Почвенное плодородие
Почвенное плодородие — способность почвы удовлетворять потребности растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде, включая тепловой режим, и на этой основе обеспечивать урожай сельскохозяйственных культур, а также биологическую продуктивность диких форм растительности.

Почвенное плодородие представляет собой интегральный показатель, который определяется: богатством почв органическим веществом (гумусом, гуматами), кислотно-щелочными условиями, механическим составом, водным режимом, степенью аэрированности.

Биоиндикация почвенного плодородия может осуществляться по частным признакам (прямым или косвенным) и отдельным типам почв (маркировка границ зон и подзон). В оценке качества почв широко используются растения и микробиологическая активность. Показательным является не только участие вида в сообществе, но и его обилие, численность или проективное покрытие.

Засолённость почв
Засоленные почвы характеризуются особенными физико-химическими свойствами и являются токсичными для большинства живых организмов. Приоритетными видами-галоиндикаторами являются растения.
Галофиты (галофилы) - растения засоленных местообитаний, легко приспосабливающиеся в процессе своего индивидуального развития к высокому содержанию солей в почве благодаря наличию ряда анатомо-морфологических особенностей.
Криногалофиты - солевыделяющие растения. Среди них выделяют растения кумуляционного типа - возможно накопление солей при нарушении солевыделения, и регуляторного типа - увеличение концентрации солей в тканях существенно не возрастает даже при отсутствии их выделения.
Гликогалофиты (гликофиты) - соленепроницаемые растения, произрастающие на засоленных почвах, но не накапливающие легкорастворимых солей в тканях.
Галофобы (гликофиты) - виды растений, избегающие засоленных почв.

13. Биоиндикация водных объектов

Основными источниками загрязнения являются промышленные предприятия, теплоэнергетика, транспорт, объекты коммунально-бытового хозяйства, сельскохозяйственное производство и др. В период снеготаяния со склоновым стоком поступают противогололедные смеси. Сюда же поступает и большое количество хозяйственно-бытового мусора.

 

Метод определения токсичности вод основан на способности тест-объектов реагировать на присутствие в водной среде веществ, представляющих опасность для их жизнедеятельности, и направленно перемещаться по градиенту концентраций этих веществ, избегая их вредного воздействия. Например биотестирование с использованием Инфузории-туфельки основанная на хемотаксисе. Известно, что с увеличением степени загрязнения вод видовое разнообразие сообществ водных животных понижается, структура их упрощается, они включают лишь виды с широкими экологическими спектрами.

 

Загрязнение делится на:

1.Химическое. Наиболее распространенное и стойкое. Может быть органическим (фенолы, нефтепродукты, пестициды) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи);

2. Физическое. Радиоактивное, тепловое - повышением температуры вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными или технологическими водами (изменение газового и химического режимов водоема, что ведет к размножению анаэробных бактерий, выделению ядовитых газов – сероводорода, метана.) t не должна повышаться на 3гр летом и 5 гр зимой.

3.Механическое (попадание механических примесей)

4.Биологическое. Появлении в воде патогенных бактерий, вирусов, простейших, грибов.

 

Закисляющие вещества, главным образом, сульфаты(SO4), в большом количестве поступают на городские территории с атмосферными осадками. В результате, поверхностные стоки городов всегда имеют повышенную кислотность. Все это способствует развитию в городских водоемах процесса закисления, сущность которого определяется как уменьшение щелочности вод. При этом происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов, приводящие к гибели рыб и многих видов водных растений. При снижении величины рН металлы, находящиеся в связанном состоянии, переходят в более подвижные растворимые формы, значительно более токсичные.

 

Оптимальным способом оценки состояния водоемов представляется комплексная оценка на основе анализа гидрохимических, гидробиологических, санитарно-гигиенических, токсикологических и геохимических показателей, наиболее полно и объективно отражающих экологическую ситуацию в водоеме. Биологические методы при биоиндикации, как правило, дают интегральную оценку состояния водного объекта и позволяют оценить ответную реакцию биоты на весь комплекс антропогенных воздействий. Биотестирование, дающее интегральную оценку токсичности воды, позволяет выявлять неустойчивые в воде соединения или продукты трансформации токсикантов, которые невозможно определить гидрохимическими методами.

 

14. Использование фитопланктона для биоиндикации

Все изменения в водоемах в первую очередь отражаются на автотрофах. Развитие фитопланктона воздействует на качество воды, а количество используются для характеристики трофического статуса водоемов.

Прямая зависимость между содержанием фосфора, стимулирующего развитие водорослей, и их обилием позволяет прогнозировать процесс эвтрофирования.Для оценки используют средние за вегетационный сезон величины биомассы фитопланктона. Если нет круглогодичных наблюдений, то используют: весеннее и осеннее перемешивание или летняя стагнация.

Может возникнуть массовое развитие сине-зеленых водорослей, нередко сопровождающееся так называемым ”цветением воды”, происходит нарушение кислородного режима и возникновение бескислородных зон в придонной области, что особенно опасно в подледный период (“заморные зоны”). Все это ведет к подрыву полезной продуктивности водоема и, в конечном итоге, его гибели.

Также при эвтрофировании нередко наблюдается возрастание роли эвгленовых и криптомонад. Наиболее важнымимогут считаться увеличение фитопланктона в целом, а также возрастание видового богатства эвгленовых и синезеленых.

Еще оценить можно по средним за сезон величинам концентрации хлорофилла «а». (обилие и способность к фотосинтезу).

 

15. Использование зоопланктона для биоиндикации

Наряду с определением индексов сапробности, использованием структурно-­функциональных показателей зоопланктона для целей биомониторинга может применяться также индекс видового разнообразия.

Наибольшее распространение имеют:

1. список видового состава (число видов);

2. показатели численности и биомассы;

3. соотношение основных таксономических групп

Анализ структурных и функциональных сообществ озер, дает сделать вывод о высокой информативности структурных и некоторых интегральных показателей. Ограниченность использования функциональных характеристик связана, в основном, со сложностью их расчетов и, в ряде случаев, необходимостью экспериментальных работ. Из функциональных показателей используют величину дыхания (R), для расчета которой используется индивидуальная масса особи (w), которую мы получаем на основе средней длины (L) особи из конкретного водоема или водотока. Также высоко оценивается интегральный показатель Rz/Bz.(отношения величины дыхания к биомассе).

Для биотестирования сточных вод могут быть использованы дафнии. Установлено, что неразбавленные сточные воды оказывают острое токсическое действие на них. Работы по биоиндикации с помощью зообентосаможет производится с помощью индекса ГуднайтаУиллея.

 

16. Микробиологические характеристики и биоиндикация вод

Микроорганизмы участвуют в круговороте биогенных элементов и играют важную роль в процессах самоочищения водоемов. За счет деструкционной деятельности микрофлоры происходит трансформация большей части энергии, поступающей в водные экосистемы с автохтонным и аллохтонным органическим веществом. Благодаря широкому диапазону адаптационных возможностей и высоким скоростям роста микроорганизмы являются одним их наиболее информативных компонентов экосистем, способным реагировать на малейшие изменения экологических условий.При благоприятных условиях -быстро размножаться, усиливается интенсивность обмена.

 

Микробиологические показатели лучшим образом характеризуют качество воды. (по численности, интенсивности процессов).

 

Высокая численность сапрофитных бактерий (адаптированные к высоким концентрациям орг в-в) свидетельствует о загрязнении водоема органическими веществами бытового происхождения. Сапрофиты составляют малую часть. Показатель чистоты-отношение % сапрофитных бактерий к общему числу. По содержанию сапрофитных бактерий можно обнаружить загрязнение при разбавлении в десятки и сотни тысяч раз. Уничтожает патогенную микрофлору (за счет конкуренции),разлагает орг. В-ва для питания. Для исследования делают посевы и смотрят на количество колоний.

 

Некоторые бактерии встречаются лишь в присутствии определенных загрязняющих веществ и реагируют только на определенные классы химических веществ и соединений (фенолокисляющие, нефтеокисляющие, целлюлоразрушающие бактерии и т.д.).

 

Определение гетеротрофной активности бактерий с использованием радиоактивных в-в (14С-глюкозы, 14С-лейцина, 3Н-тимидина и др.) быстрый и чувствительный метод.

 

Для быстрого обследования применяются:общее микробное число (ОМЧ) (число сапрофитных микроорганизмов, способных образовывать колонии на питательном агаре при температуре 37 °C в течение 24 ч) и количество лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП) грамотрицательные, не образующие спор палочки не обладающие оксидазной активностью). Основной показатель фекального загрязнения и эпидемической опасности вод, питьевых бассейнов,водоснабжений.

 

Гигиеническая классификация(загрязнение по 4 градациям)

1.Возможность использования водоема  для всех видов использования

2.Предварительная очистка воды перед использованием для питьевого водоснабжения

3.Запрет на использование для питьевого водоснабжения

4.Полная непригодность для всех видов использования

При эвтрофировании водоемов, не использующихся для рекреации оценивать общее количество бактер, как показатель трофического статуса. Если речь о хозяйственно-бытовом загрязнении, то оценить: количество сапрофитных бактерий, как индикатор легкоусвояемого орг. В-ва, процентное соотношение сапрофиты/общее(качество), определение гетеротрофной активности бактерий с использованием радиоактивных в-в, и потребления 02 бактериями для оценки интенсивности процессов самоочищения.

 

При промышленном загрязнении наиболее эффективны функциональные показатели, отражающие физиологическое состояние бактерий и интенсивность различных процессов, например, время генерации (интенсивность размножения), гетеротрофную ассимиляцию углекислоты (интенсивность продуцирования). Для определения природы загрязнителей -оценить численность разных групп,толькобактериопланктон будет неэффективен. При высокой числ-ти активность может быть мала (угнетение сообщества вещ-ми).

17. Использование зообентоса для биоиндикации
Видовой состав и структура бентоса отражают состояние экосистемы, аккумулируя и усредняя все воздействия за длительный период времени, отбрасывая случайные флуктуации состояния среды.Количество являются результирующей характеристикой, но не столь показательно.
1.Используется индексы Шеннона - в качестве меры сложности структуры;
2.индекс Вудивисса;

3. индекс сапротробности Яковлева; для отдельных видов учитывают не только сапробность водоема, но и токсичность вод, является положительным моментом при оценке водоемов в городской и промышленной среде.
4. хирономидный показатель Балушкиной;
5. индекс Гуднайта и Уитлея и интегральный биотический показатель Балушкиной, а также соотношение отдельных систематических и трофических групп.
6. Интегральный биотический показатель, предложенный Е.В. Балушкиной, в случае сложной среды дает наихудшие прогнозы, поскольку суммирует ошибки четырех входящих в него индексов (индекс Гуднайта, биотический индекс Вудивисса, индекс сапротоксобности, хирономидный показатель Балушкиной).

Упрощение структурной организации (понятно по снижению индекса Шеннона) не всегда говорит об антропогенном воздействии, поэтому этот показатель можно применять только при анализе изменений одного конкретного водоема.

Показатели зообентоса- индикаторы нарушений экологического состояния водотоков, связанных с органическим (бытовым или промышленным загрязнением), особенно в реках со светлыми водами. Нарушения связанные с проведением строительных работ в бассейне реки, или даже затрагивающие ее русло, не всегда сопровождаются адекватными изменениями биотических показателей. Отдельное воздействие в этом случае могут оказывать сопутствующее загрязнение нефтепродуктами или повышение мутности из-за эрозии берегов. Отслеживать эти процессы можно по изменению состава и структуры отдельных групп зообентоса.

Заболоченность водосбора (высокая цветность) снижают точность индикации по некоторым показателям, основанным на встречаемости отдельных групп донных беспозвоночных (индексы Вудивисса, Балушкиной, Гуднайта). Низкие значения pH и высокая цветность могут быть лимитирующими факторами для развития таких групп как олигохеты, гаммариды, ручейники, поденки и хирономиды. В этом случае значения таких индексов отражают не условия загрязнения, а природные условия.

 

Снижение доли гомотопныхбентобионтов обычно характеризует водоем как сильно загрязненный(реакция на постоянное воздействие загрязнения на орг-мы, которые весь свой жизненный цикл проводят в водоеме).

 

Для рек можно использовать индексы на основании фитоперифитона (состав диатомовых), а также мейо- и микрозообентоса. Для водоемов: оценка состава и количества макрофитов.

 

Многоклеточные водные растения аккумулируют загрязнители, но также их виды могут встречаться в определенных пределах таких факторов как загрязнение (нефтяное,тяжелыми металлами), закисление, эвтрофирование, тепловое загрязнение. Поэтому показательно не просто обнаружение отдельных видов-индикаторов, а групп таких видов.

18. Сапробность и токсобностьсреды

Сапробность - степень органического загрязнения.Эта форма биоиндикации загрязнения на биоценотическом уровне - учет видовой структуры сообщества - нахождение в нем тех или иных организмов с характерным экологическим обликом. По шкале Кольквитца и Маросона, водоемы подразделяют на поли-, мезо- и олигосапробные.

1. Полисапробные воды характеризуются почти полным отсутствием свободного кислорода, наличием в воде неразложившихся белков, значительных количеств сероводорода и диоксида углерода, восстановительным характером биохимических процессов. Число видов, способных жить в крайне загрязненных водоемах, сравнительно невелико, но зато они встречаются здесь в массовых количествах.Самоочищение идет благодаря бактериям, жгутиковым, инфузориям, олигохетам, личинкам мухи.

2.В мезосапробных водоемах загрязнение выражено слабее: неразложившихся белков нет, сероводорода и диоксида углерода немного, кислород присутствует в заметных количествах; однако в воде есть еще такие слабоокисленные азотистые соединения, как аммиак, аминокислоты и амидокислоты.

Подразделяются на α- и β-мезосапробные. В первых встречаются аммиак, амино- и амидо- кислоты, но уже есть и кислород. Характерны бактерии,синезеленые, простейшие, коловратки, моллюски, рачки, личинки двукрылых. Минерализация органического вещества в основном идет за счет его аэробного окисления, особенно бактериального.

β-мезосапробная, подзона аммиака и продуктов его окисления — азотной и азотистой кислоты. Аминокислот нет, сероводород незначительно, кислорода много, минерализация идет за счет полного окисления органического вещества. Видовое разнообразие выше, но численность и биомасса ниже. Характерны диатомовые, зеленые, многие протококковые и бактерии. Появляются цветковые растения — роголистник. Из животных многочисленны корненожки, солнечники и инфузории, начинают встречаться губки, мшанки и основная масса моллюсков. Многочисленны ракообразные и рыбы.

 

3.В олигосапробных водах сероводород отсутствует, СО2 мало, О2 близок к норме, растворенных орг. В-в почти нет.Население наиболее разнообразно в видовом отношении, но количественно нет.

 

4.категория особо чистых катаробных вод (пересыщение кислородом, отсутствие СО2 и H2S). Биохимическое потребление кислорода и численность бактерий группы кишечной палочки.

 

Индекс сапробности определяется по формуле где Si — индикаторная значимость вида i, hi— его относительная численность. Индексы сапробности, вычисленные по Пантле и Бук, тесно коррелируют с величинами БПК.

19. Что такое биотест и тест-реакция? По каким критериям их выбирают?

Биотестирование представляет собой методический прием, основанный на оценке действия фактора среды, в том числе и токсического, на организм, его отдельную функцию или систему органов и тканей.

Методы биотестирования, используемые для оценки среды, должны соответствовать следующим требованиям:

i.быть применимыми для оценки любых экологических изменений среды обитания живых организмов;

ii.характеризовать наиболее важные и простые параметры жизнедеятельности биоты;

iii.быть достаточно чувствительными для выявления даже начальных обратимых экологических изменений (один из важнейших);

iv.универсальность как в отношении физического, химического и т.д оцениваемого воздействия, так и типа экосистем и вида живых существ, по отношению к которым такая оценка проводится (один из важнейших);

v.система должна быть относительно простой и доступной, пригодной для широкого использования (один из важнейших);

vi.быть адекватными для любого вида живых существ и любого типа воздействия;

vii.быть удобными не только для лабораторного моделирования, но также и для исследований в природе;

Тест-реакция — параметр организма, который измеряется при тестировании (его выбирают). Наиболее информативны интегральные параметры, характеризующие общее состояние живой системы соответствующего уровня (выживаемость, рост, плодовитость). Для популяции интегральными параметрами являются численность и биомасса, а для экосистем - характеристики видового состава, активности продукции и деструкции органического вещества. С увеличением интегральности тест-реакции повышается «экологический реализм» теста, но обычно снижаются его оперативность и чувствительность.

20.Биохимический подход в биотестировании

Стрессовое воздействие среды можно оценивать по эффективности биохимических реакций, уровню ферментативной активности и накоплению определённых продуктов обмена.

 

i.Измерение адаптационного стресса. Биоэнергетические показатели живых систем позволяют выявлять последствия стрессового воздействия среды до наступления необратимых изменений в организме. Количество энергии, необходимое организму в единицу времени для обеспечения всех физиологических процессов, характеризует интенсивность энергетического обмена. На реализацию одного и того же физиологического процесса в неблагоприятных условиях организму требуется больше энергии, чем в оптимальных, из-за необходимости компенсации неблагоприятных воздействий среды. Одним из универсальных механизмов стресса является развитие окислительных СР-реакций. Стрессовая реакция биотестов может быть измерена по изменению в них уровня свободных радикалов по сравнению с контролем. Известно, что быстрые изменения интенсивности СР-реакций в живых объектах типичны для начальных стадий разных патологических состояний.

 

ii.Исследованиеферментативной активности почвенногомикроценоза. Различные виды антропогенного воздействия на почву могут изменять условия существования почвенных микроорганизмов, нарушать нормальное протекание в почвах процессов микробной трансформации и, следовательно, отражаются на процессах трансформации веществ в биосфере. Они позволяют оценить биохимическую активность почвенногомикроценоза. Ферменты, выделяемые микроорганизмами в результате их жизнедеятельности, способны иммобилизоваться и накапливаться в почве в активном состоянии и в соответствующих условиях проявлять специфические биокаталитические функции. Ферменты поделены на 6 классов: оксидоредуктазы, гидролазы, трансферазы, лигазы (синтетазы), лиазы, изомеразы.

 

21.Генетический подход в биотестировании

a.Краткосрочные тесты. Выявление химических веществ, обладающих канцерогеннымисвойствами

 

b.Тесты с использованием бактерий. Мутации, индуцированные тестируемым веществом, так называемые обратные мутации, выявляются в результате роста таких «ревертантных» бактерий с образованием колоний в соответствующей селективной среде. Бактериальные тесты могут быть использованы для выявления мутагенных метаболитов в биологических жидкостях (например, в моче, цельной крови, плазме) животных или людей, подвергшихся воздействию химических факторов.

 

c.ТестЭймса. Используется в целях определения частоты мутаций, а также в тех случаях, когда исследуемые вещества являются высокотоксичными и вызывают гибель большей части клеток тест-объекта.

 

22.Морфологический подход в биотестировании

a.Методы оценки флуктуирующей асимметрии. Флуктуирующая асимметрия является результатом неспособности организмов развиваться по точно определенному плану. Выступая в качестве меры стабильности развития, флуктуирующая асимметрия характеризует состояние морфогенетического гомеостаза — способности организма к формированию генетически детерминированного фенотипа при минимальном уровне онтогенетических нарушений (мы это делали на первой лабораторной).

 

23.Физиологический подход в биотестировании

a.Физиологические параметры пресноводных беспозвоночных гидробионтов разных уровней филогенеза. При незначительных концентрациях в водоеме эти вещества можно выявить, оценивая физиологический статус гомеостатических показателей организма, которые могут и