Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Биоиндикаторы – организмы или сообщества организмов, жизненные функции которых так тесно коррелируют с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки.

Читайте также:
  1. Cпор — обсуждение, при котором «сталкиваются» точки зрения различных сторон, каждая из которых отстаивает свою точку зрения. Виды спора
  2. I.Социальные функции физической культуры и спорта.
  3. II. Контрольная работа « Дифференцирование функции ».
  4. II. Структура и функции управления общественными отношениями.
  5. III. Органы, объединяющие эндокринные и неэндокринные функции
  6. III. Основные функции Управления
  7. III. Парасимпатическая нервная система и ее функции.
  8. III. Функции семьи
  9. IV. В структуре дефекта могут быть выделены как первичные, так и вторичные, и третичные нарушения; природа их различна.
  10. IV. Основные функции Организаторов, Оргкомитета и Жюри Олимпиады

Биоиндикаторы и тест-объекты должны удовлетворять ряду требований:

1) накопление загрязняющих веществ не должно приводить к гибели тест-организмов;

2) численность тест-организмов должна быть достаточной для отбора, т.е. без влияния на их воспроизводство (редкие и исчезающие виды даже при их высокой чувствительности не могут служить тест-объектами);

3) в случае долгосрочных наблюдений предпочтительны многолетние виды;

4) биотесты должны быть генетически однородны;

5) должна быть обеспечена легкость взятия проб;

6) должна реализоваться относительная быстрота проведения тестирования;

7) биотесты должны обеспечивать получение достаточно точных и воспроизводимых результатов;

8) биоиндикато диапазон погрешностей измерений (по сравнению с классическими или эталонными методами тестирования) не должен превышать 20-30 %;

9) при выборе тест-организмов предпочтение следует отдавать регистрации функциональных, этологических, цитогенетических изменений индикаторных процессов биоты, а не только изменению ее структуры, численности или биомассы, т.к. последние являются более консервативными.

10) биоиндикаторы должны быть одновозрастными и характеризоваться, по возможности, близкими свойствами;

I биоиндикатор проявляет спустя определенное время внезапную и сильную реакцию, продолжающуюся некоторое время, после чего перестает реагировать на загрязнитель.

 

II биоиндикатор в течение длительного времени линейно реагирует на воздействие возрастающей концентрации загрязнителя.

 

III биоиндикатор реагирует с момента появления нарушающегося воздействия с одинаковой интенсивностью в течение длительного времени.

 

IV после немедленной, сильной реакции у биоиндикатора наблюдается ее затухание, сначала резкое, затем постепенное.

 

V под влиянием загрязнителя реакция биоиндикатора постепенно становится все более интенсивной, однако, достигнув максимума, постепенно затухает.

 

VI реакции и типы неоднократно повторяются, возникает осцилляция биоиндикаторных параметров.

Регистрирующие биоиндикаторы реагируют на изменения состояния окружающей среды изменением численности, фенооблика, повреждением тканей, соматическими проявлениями, изменением скорости роста и другими хорошо заметными признаками (лишайники, хвоя деревьев и др.). Однако с помощью регистрирующих биоиндикаторов не всегда можно установить причины изменений, то 6есть факторы, определившие численность, распространение, конечный облик или форму биоиндикатора.

Накапливающие биоиндикаторы концентрируют загрязняющие вещества в тканях, органах или частях тела, которые в последствии используются для химического анализа (панцири ракообразных, личинок насекомых).

Основанием для выбора тест-объектов при проведении биотестирования служит набор стандартных методов, регламентированных стандартными документами. Например, в качестве стандартных при определении качества водной среды приняты тесты с ветвистоусыми и жаброногими ракообразными, водорослями, инфузориями, светящимися бактериями. Кроме того, как и при проведении биоиндикации существенную роль играет выбор стандартов для сравнения. При биоиндикации используются две группы: абсолютные и относительные.

Абсолютные стандарты:

§ системы свободные от воздействия поллютантов;

§ системы с искусственным исключением действия антропических факторов;

§ системы слабо или вовсе не подверженные действию антропических факторов;

§ градиенты изменения функций объекта, вплоть до пренебрежимо малого времени воздействия.

Относительные стандарты базируются на:

§ корреляции с пространственно-временными изменениями антропических факторов среды;

§ установлении эталонных объектов, испытывающих незначительное или известное антропическое воздействие.

Средства и методы биоиндикации. Используемые на каждом уровне биоиндикации методы имеют свои особенности и характеристики. Существует несколько форм биоиндикации, классифицируемых по разным признакам. В зависимости от реакции, проявляемой системой на действие того или иного фактора, различают 2 вида биоиндикации: регистрирующая биоиндикация и биоиндикация по аккумуляции. Регистрирующая биоиндикация позволяет судить о воздействии факторов среды по состоянию особей вида или популяции, а биоиндикация по аккумуляции использует свойство живых организмов накапливать те или иные химические вещества. Если антропогенный фактор действует непосредственно на биологический элемент, то речь идет о прямой биоиндикации. Но нередко биоиндикация становится возможной только после изменения состояния под влиянием других непосредственно затронутых элементов. В этом случае говорят о косвенной биоиндикации.

Даже внутри организма наблюдается определенное соподчинение реакций, возникающих в ответ на какой-нибудь антропический фактор. Первая реакция создает основу первичной биоиндикации, следующая - для вторичной.

Часто желательно заблаговременно обнаружить биологическое действие антропического фактора, для того, чтобы при известных условиях иметь возможность произвести направленное вмешательство. Наличие очень чувствительных индикаторов приводит к ранней индикации, когда реакция заметна уже при минимальных дозах спустя очень короткое время и происходит в месте воздействия фактора на элементарные молекулярные и биохимические процессы. Обычно в природе все виды биоиндикации включены в цепочку последовательно происходящих реакций или процессов.

Для биоиндикации на любом уровне пригодны в основном два метода – пассивный и активный мониторинг. В первом случае у свободно живущих организмов исследуются видимые или незаметные повреждения или отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия. В природе на организмы влияют разнообразные экзогенные и эндогенные факторы. Совокупность этих факторов по большей части дает непредсказуемый суммарный эффект, который не позволяет сделать определенного заключения относительно отдельных стрессоров. При активном мониторинге пытаются обнаружить те же самые воздействия на тест-организмах, находящихся в стандартизированных условиях на исследуемой территории. Но при этом воздействие этих многочисленных факторов, затрудняющих биоиндикацию, может быть в значительной степени исключено посредством стандартизации экспериментального материала, условий выращивания и содержания растений – индикаторов.

При данном подходе качественной оценке поддается любая природная экосистема (водная, наземная, почвенная, городская), так как в любом случае анализируется природная биота. Рассмотрим несколько методов оценки, различающихся составом организмов-индикаторов и типом применяемого анализа (структурный, продукционный, биохимический, клинический).

Экспертная оценка экосистем основана на наиболее простом способе выявления экологического неблагополучия в экосистемах – фиксации определенных индикаторных организмов, чувствительных к комплексным и специфическим загрязнениям. В качестве параметров оценки используют сведения о численности, биомассе, динамических характеристиках популяций, видовой структуре сообществ, показателям развития. Многие из этих методов предполагают статистическую обработку материала, математическое моделирование вероятных откликов биоты.

Анализ ранговых распределений представляет инструмент количественного исследования экосистем. В качестве биоиндикационных групп могут выступать биологические таксоны, размерные классы, совокупности особей, объединенные по каким-либо физиологическим или иным признакам. Обилия видов в сообществе распределяют по рангам в порядке убывания полей обилий отдельных видов. В нормальном (ненарушенном, фоновом) состоянии размеры рангов соответствуют определенному диапазону значений. Этот диапазон специфичен для типа сообщества (например, для сообществ фитопланктона, зоопланктона или перифитона), для конкретной экосистемы. Любые отклонения от этих параметров могут служить мерой патологии состояний сообщества.

Метод функции желательности основан на соотнесении текущего значения той или иной индикаторной характеристики с максимумом (или эталоном). В этом методе предполагается, что наиболее желательно такое состояние экосистемы, когда оно неотличимо от контроля, а повышение обилия индикаторного организма так же нежелательно, как и его снижение. Наиболее желательным, как правило, признается наиболее вероятное (чаще всего встречающееся) или многолетнее среднее.

Эталонное оценивание. Идея использования эталонных систем с самого начала лежала в основе системы экологического мониторинга. Этот метод предлагает сравнивать состояние исследуемого параметра с эталонным. В качестве эталона может выступать культура организмов или целая экосистема, в которой систематически проводились наблюдения за изменением экологических факторов и получены предсказуемые результаты их естественных колебаний. Но такие данные не позволяют судить о допустимых или предельных уровнях изучаемых параметров. Поэтому наиболее обоснованным является выделение эталонных участков в пределах каждой конкретной экосистемы с относительным постоянством видовой, пространственной и трофической структуры. Этот метод очень удобен при исследовании стабильности сообществ не только в пространстве, но и во времени.

Оценка состояния биоты, основанная на отклонениях от нормального функционирования отдельных организмов. Метод основан на анализе морфологических, биохимических, цитогенетических и иммунологических характеристик организмов в норме и при отклонении этих параметров от нормы. Например, анализ фенотипической изменчивости растений и животных на территориях с разным уровнем загрязнения, исследование причин летальных мутаций у организмов, оценка активности ферментных систем, уровня плодовитости и др.

Один из методов морфологического подхода – оценка уровня флуктуирующей асимметрии (ФА) билатеральных морфологических признаков растений и животных. Стабильность развития, т.е. способность организма функционировать без отклонений от нормы, есть самый чувствительный показатель состояния природных популяций. А оценка уровня ФА – простейший способ анализа степени этих отклонений. В качестве объектов используются древесные растения, насекомые, мелкие млекопитающие, рыбы и амфибии. При выборе конкретного показателя, который флуктуирует, не существует никаких ограничений – это могут быть линейные размеры признаков, например, длина прожилок листьев, слева и справа; число пятнышек на элитрах насекомых слева и справа; качественные показатели и др.

Кроме описанных методов биоиндикационной оценки состояния среды существуют обобщенные методологии оценки благополучия экосистемы путем интегрирования нескольких методов. Примером универсальной оценки нормальности среды может служить показатель продолжительности жизни человека.

При всем этом следует учесть, что, как правило, используемые в биоиндикации методы преимущественно неспецифичны. Разной природы реагенты могут вызывать сходные реакции в биологических системах и наоборот. Нередко сходный характер имеют и последующие после стресса биологические изменения.

Часто биоиндикация применяется для оценки характера влияния всех видов антропических факторов. Такие воздействия, с одной стороны, представляют собой новые параметры среды, с другой – модификации уже имеющихся природных факторов. Опасность антропических стрессоров состоит, прежде всего, в том, что биологические системы недостаточно адаптированы к ним. Антропические стрессоры создаются с такой скоростью, что системы часто не успевают активизировать соответствующие адаптационные процессы. Все стрессоры этого типа опасны для живых систем еще и потому, что их интенсивность, продолжительность и момент воздействия сильно отличаются от существующей в природе нормы, поэтому они влияют на диапазон толерантности биологических систем. Кроме того, в природе наблюдается комплексное действие стрессоров (нарушающих факторов), при этом тот или иной фактор может временно доминировать. Естественно, это усложняет диагностирование биологических последствий воздействия среды на систему.

Токсичность среды и ее характеристики. Разнообразные виды абиотических загрязнений создают токсичность среды (toxicity) – свойство химических параметров среды проявлять повреждающее или летальное действие на живые организмы. Вещество, оказывающее токсическое действие, называется токсикантом, а процесс воздействия токсиканта на организм – токсикацией (на экосистемы – токсификацией). Количественно токсичность вещества для отдельного организма определяется как величина, обратная медианной летальной концентрации:

Т = 1/ LC50.

Различают острую и хроническую токсичность среды. Острая токсичность выражается в гибели отравленного организма за короткий промежуток времени – от нескольких секунд до 48 часов. Хроническая токсичность среды проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов организмов и возникновения патологических состояний (токсикозов). Хроническая токсичность может выражаться в нарушении плодовитости, эмбриогенеза и постэмбрионального развития, возникновению уродств (мутаций) в потомстве, сокращению продолжительности жизни, появлению карликовых форм.

Часто выделяют интегральную токсичность – токсичность сложных смесей, сточных вод, многокомпонентных факторов. Количественно интегральная токсичность определяется как величина обратная максимальному разведению (1:2, 1:5, 1:10, 1:50, 1:100 и т.д.), при котором не наблюдается каких-либо нарушений жизненно-важных функций тест-организмов при 24-48 часовом биотестировании. Выражается в баллах токсичности целыми числами (2,5,10,50,100 и т.д.) соответственно величинам разведения. Баллы токсичности могут быть четко ранжированы и позволяют выстраивать ряд исследуемых веществ или сред по снижению или повышению уровня их токсичности.

Существуют количественные меры токсичности веществ для живых организмов. Это показатели острой токсичности NOEC, LC0, LC50, LC100, устанавливаемые для «чистого» вещества при его лабораторном исследовании. Показатели не имеют универсального значения и устанавливаются для каждого тест - объекта индивидуально.

NOEC – максимально недействующая концентрация вещества;

LC0 – минимальный порог чувствительности, при котором отмечаются специфические тест-реакции или смертность тест-объектов.

LC50 – стандартная мера токсичности вещества, показывающая, какая концентрация вещества вызывает гибель 50 % тест-организмов за установленное время (24, 48 или 96 ч.).

LC100 – высший смертельный порог для всех животных или тест-культуры водорослей, использованных в опыте.

Оценкой степени токсичности веществ занимается токсикометрия, основными приемами которой являются установление переносимой или пороговой концентрации, медианной летальной концентрации, или дозы, и зоны токсического действия – диапазона токсических концентраций.

Среда редко бывает свободной от разной природы загрязнителей, тем не менее, большая часть организмов существуют в достаточно широких пределах колебания их количественных показателей.

Способность живых организмов существовать в токсической среде, сорбируя или используя определенное количество токсического вещества, называется токсобностью.

 

 




Дата добавления: 2015-05-05; просмотров: 104 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Биотестирование (bioassay) – процедура установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих нарушением жизненно важных функций об изменениях в среде.| Три основных функции биологических мембран.

lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.009 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав