6.2 Биотестирование и биомониторинг окружающей среды

БИОИНДИКАЦИЯ- определение антропогенных нагрузок на окружающую среду на основе реакции на них живых организмов.

Те организмы, которые наиболее быстро реагируют на загрязнения окружающей среды называются тест- объектами.

Биоиндикация является частью экологического мониторинга-системы контроля и наблюдения за состоянием окружающей среды.

Существуют два основных метода биоиндикации: пассивный и активный. В первом случае исследуют видимые или заметные повреждения и отклонения от нормы, являющиеся признаками не­благоприятного воздействия, во втором используют ответную реак­цию наиболее чувствительных к данному фактору организмов (биотестирование). Это может быть как один фактор (сернистый газ), так и многокомпонентная смесь (выхлопные газы автотранспорта).

Биоиндикация может проводиться на уровне макромолекул, клетки, организма, популяции, сообщества и экосистемы.

Существует биоиндикация специфическая (реакция только на один фактор) и неспецифическая (одна и та же реакция на многие факто­ры). Чувствительными биоиндикаторами могут служить как отдель­ные процессы в клетке и организме (изменение ферментативной активности, накопление аминокислоты пролина, изменения в пигмен­тном комплексе, накопление серы в листьях), так и морфологические изменения (изменения формы и размера листовой пластинки, появление асимметрии, хлорозы и некрозы, уменьшение продолжительности жизни хвои, снижение линейного и радиального приростов).

В порядке возрастания толерантности к загрязнениям раститель­ные организмы располагаются в следующий ряд: грибы, лишайни­ки, хвойные, травянистые растения, листопадные деревья. Среди сельхозкультур наиболее чувствительны салат, люцерна, злаковые, крестоцветные, а к нечувствительным видам относят кукурузу, ви­ноград, розоцветные, подорожник (Рамад, 1981). Следует отметить, что указанные градации не являются одинаковыми для всех видов загрязнителей среды, т. к. их воздействие разное и выявление спе­цифических биоиндикаторов на тот или иной фактор придает само­му методу новый научный аспект, который дает возможность сделать его более точным и информативным.

Раздел 7 Лабораторные работы

7.1 Оценка состояния окружающей среды по на­личию, обилию и разнообразию видов ли­шайников (лихеноиндикация)

Очень информативными биоиндикаторами состояния воздуш­ной среды и ее изменения являются низшие растения: мхи и лишай­ники, которые накапливают в своем слоевище (талломе) многие загрязнители (серу, фтор, радиоактивные вещества, тяжелые метал­лы). Лишайники очень нетребовательны к факторам внешней среды, они поселяются на голых скалах, бедной почве, стволах деревьев, мертвой древесине, однако для своего нормального функционирования они нуждаются в чистом воздухе. Особенно они чувствитель­ны к сернистому газу. Малейшее загрязнение атмосферы, не влияющее на большинство растений, вызывает массовую гибель чув­ствительных видов лишайников. Они исчезают, как только концен­трация сернистого газа достигает 35 млрд:¹, а среднее его содержание в атмосфере крупных городов свыше 100 млрд^-1 (Рамад, 1981). Не; удивительно поэтому, что большинство лишайников уже исчезло из центральных зон городов.

Научное направление биомониторинга (т.е. слежения) за состо­янием воздушной среды при помощи лишайников называется лихеноиндикацией.

Лишайники - это симбиоз водоросли и гриба. Они чувствительны к загрязнению среды в силу следующих причин:

1) у лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, благодаря чему обмен| газов происходит свободно через всю поверхность;

2) болышинство токсических газов концентрируются в дождевой воде, а лишайники впитывают воду всем слоевищем, в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду преимущественно корнями;

3) большин­ство цветковых растений в наших широтах активно только летом, когда уровень загрязнения сернистым газом намного ниже (вслед­ствие уменьшения сжигания угля в топках - основного источника сернистого газа), в то время как лишайники обладают способнос­тью к росту и при температурах ниже 0°С.

В отличие от цветковых растений лишайники способны избав­ляться от пораженных токсическими веществами частей своего тал­лома каждый год. В городах с загрязненной атмосферой они редки, главный враг лишайников в городах - сернистый газ. Установлено, что чем выше уровень загрязнения природной среды сернистым газом, тем больше серы накапливается в слоевище лишайников, при­чем живое слоевище аккумулирует серу из среды интенсивнее, чем мертвое. Особенно удобны лишайники в качестве индикаторов не­большого загрязнения окружающей среды. Наиболее чувствитель­ным симбионтом в талломе лишайников является водоросль.

В мире насчитывается около 26 тысяч видов лишайников. Они различаются по зонам произрастания (тундра, лесная зона и т.д.), видам субстрата (камни, скалы, стволы и ветви деревьев, почва). У лишайников, растущих на деревьях, видовой состав различается в зависимости от рН коры. Лишайники исчезают в первую очередь с деревьев, имеющих кислую кору (береза, хвойные), затем с нейт­ральных (дуб, клен) и позже всего - с деревьев, имеющих слабоще­лочную кору (вяз мелколистный, акация желтая). В лишайниковых типах леса доминируют кустистые лишайники (кладония, цетрария), длинными бородами с ветвей деревьев свисает уснея, которая является наиболее чувствительным видом и растет в лесах только с чистой атмосферой.

Среди жизненных форм лишайников различают:

1. накипные (слоевище имеет вид корочек) - например; бацидиум фисция;

2. листоватые (слоевище имеет вид пластинок) - например, пармелия, степная золотянка, гипогимния;

3. кустистые (слоевище имеет вид кустиков или свисающих «бо­род», иногда до 1-2 м длиной) - например, уснея, бриория, клафония, цетрария.

Наиболее чувствительны к загрязнению воздушной среды кус­тистые и листоватые лишайники (исчезают полностью), наименее -накипные.

Лишайники (особенно бриория, пармелия, уснея) являются пи­щей ряда животных (косуль, оленей), а кладония - основная пища северного оленя. Разрушение и исчезновение лишайникового по­крова в связи с загрязнением территории (например, в условиях Севера под влиянием промышленности и транспорта) нарушает основные пищевые цепи и приводит к исчезновению ряда живот­ных (особенно оленей), которые являются источником пищи и одеж­ды для ряда северных народов.

Таблица 5 – Градации оценок

Оценка	Частота встречаемости	Степень покрытия
1	Очень редкая	Очень низкая
2	Редкая	Низкая
3	Небольшая	Средняя
4	Большая	Большая
5	Очень высокая	Очень большая (встречается на большинстве деревьев)

Таблица 6 - Влияние загрязнения воздушной среды сернистым газом на встречаемость лишайников

Зона загрязнения	Оценка встречаемости лишайников	Загрязнение воздуха, мг/м3	Оценка загрязнения
1	Отсутствуют на деревьях и камнях	Больше 0,3-0,5	Сильное
2	На северной стороне деревьев и в затенённых местах встречается зеленоватый налёт водоросли плеврококкус	Около 0,3	Довольно сильное
3	Появление на стволах и у основания деревьев серо-зеленоватых твёрдых накипных лишайников леканоры, фисции	От 0,05 до 0,2	Среднее
4	Развитие накипных лишайников, появление листоватых лишайников- пармелия	Не превышает 0,05	Небольшое
5	Появление кустистых лишайников-эвернии, уснеи	Малое содержание	Воздух очень чистый