Биоиндикация

    Эта простая, но надёжная методика биоиндикации используется только для определения  загрязнения водоёма органическими  веществами. Важно помнить, что для  определения значений олигохетного индекса годятся только материалы  дночерпательных проб.

    Значение  индекса (а) равняется отношению  количества обнаруженных в пробе  олигохет (малощетинковых червей) к  общему количеству организмов (включая  и самих червей) в процентах:

    После чего степень загрязнения воды органическими  веществами определяется по таблице 3.3

    Таблица 3.3. Олигохетный индекс Гуднайт–Уотлея 

4. Влияние загрязняющих веществ на водоросли и семейство рясковые

    4.1 Исследование влияния  загрязняющих веществ  на водоросли и  семейство рясковые

       Классическим тест-объектом на загрязнители является одноклеточная зеленая водоросль хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer.). Ее преимущества для экспресс-анализа загрязнения агроценоза заключаются в коротком жизненном цикле и возможности проводить оценку по таким показателям, как пигментное секторирование, нарушение споруляции клеток и летальность.

    Метод, основанный на оценке численности живых  особей и динамики ее фитомассы, дает в конечном счете представление  о влиянии токсикантов на продолжительность  жизни и плодовитость тест-системы. Существует альгологическая оценка фитотоксичности гербицидов (метод "бумажных дисков"). Оценивается  интенсивность роста биоиндикатора Ch.vulgaris в зависимости от концентраций токсиканта. За альгицидные принимают  концентрации вещества полностью подавляющие  рост водорослей на дисках (Ю.В.Круглов, 1991). Другой метод оценки химических веществ, основанный на эффекте замедленной  флюоресценции (ЗФ). Этот эффект проявляется  у растений при наличии сформированного  фотосинтетического аппарата. Гербициды (ингибиторы фотосинтеза) способны изменять интенсивность ЗФ. Под действием  очень низких концентраций гербицида  резко ингибируется ЗФ, что регистрируется на специальной установке. Этим способом можно выявить наличие гербицидов ингибиторов реакций Хилла, однако в случае других пестицидов метод  малоэффективен (Р.А.Пшеничников и  др.,1995; M.I.Ribo, K.Z.Kaiser, 1987).

    Многие  методы биологического тестирования основаны на визуальных оценках. Весьма пригодны для этой цели зеленые и диатомовые водоросли. Под действием токсикантов  первоначально зеленая масса  водоросли меняет цвет - становится густо-коричневой или наоборот, обесцвечивается. Некоторые токсиканты не вызывают заметных изменений окраски, однако водоросли  теряют тургор и легко повреждаются (P.K.Mohapatra, R.C.Mohanty,1992; F.Gunneberg,1992.).

    Существуют  достаточно надежные способы количественной регистрации воздействия загрязнителей, например, плазмолиз. Для определения  количества погибших клеток пользуются методом витального окрашивания. Живые  клетки сильно ограничивают проникновение в протоплазму органических веществ, и будучи помещенными в раствор ряда красителей, практически не окрашиваются. В мертвые клетки краска проникает свободно, благодаря чему наличие погибших клеток легко поддается учету.

    Система тестов, фиксирующих изменения каких-либо функций организма, основана на скорости движения протоплазмы, которая у  многих клеток способна совершать круговые движения (циклозис). Реакция замедления или остановки протоплазмы лучше  всего заметна на растениях с  удлиненными клетками, такими как  харовые водоросли (Charophyta), дюнамилла (Dunamilla) и элодея (Elodea). Присутствие  свинца в среде, например, влияет на скорость движения протоплазмы, начиная  с концентрации 0,5мг/мл (С.Г.Галактионов, В.М.Юдин, 1980). 

    Также, успешное применение находят дикорастущие фитотесты в частности из семейства  рясковых. Рясковые - самые мелкие цветковые  растения, при благоприятных условиях размножаются круглогодично (преимущественно  вегетативно). Интенсивность фототаксиса  хлоропластов в листецах ряски, оцениваемая  по изменению количества хлоропластов в эпистрофном положении, можно  рассматривать как чувствительный показатель, свидетельствующий о  степени загрязнения элементов  агроландшафта. Явление отрицательного фототаксиса и послужило основой  метода фитотестирования (А.Г.Ломагин, Л.В.Ульянова,1993). Благодаря этим преимуществам  ряску можно назвать ''экологической  дрозофилой''. Ряска малая (Lemna minor L.) и ряска тройчатая (Lemna trisulcs L.), чувствительны  к загрязнению воды, при содержании в ней до 10 мкг/мл ионов Ba, Cu, Mg, Fe, Co (С.Г.Галактионов, В.М.Юдин, 1980). На каждый загрязнитель у видов рясок проявляется  специфическая реакция. На медь (0,1- 0,.25 мг/мл) - листецы реагируют полным рассоединением из групп и изменением окраски с зеленой на голубую; реакция проявляется через 4 часа после воздействия. На цинк (0,025мг/мл) реакция заключается в изменении  окраски листеца : с насыщенно  зеленой до бесцветной; где зелеными остаются только точки роста; барий(0,1-0,25 мг/мл) вызывает полное рассоединение  листецов, отпадание корней и изменение  окраски с зеленой на молочно-белую; кобальт (0,25-0,0025 мг/мл) - полную приостановку роста и потерю окраски. 

      Ракообразные как биоиндикаторы

     Ракообразные часто используются как биоиндикаторы и биомониторы  в различных водных системах. Одной  из причин этого является то, что  они являются успешной группой организмов, распространенной в различных средах, включая морские, наземные и пресноводные экосистемы. Таким образом ракообразные - интересные кандидаты для сравнительных  исследований. Некоторые из характеристик  ракообразных, особенно касающиеся стратегии  воспроизводства, могут быть очень  важны для интерпретации данных биоиндикаторных исследований, в  которых используются эти организмы. [4]

    В качестве биоиндикаторов и биомониторов используются в основном пресноводные виды. Два указанных термина не всегда ясно различаются. Мы используем термин биоиндикатор по отношению к  группе организмов, которые дают информацию о состоянии среды на основании  своего присутствия или отсутствия, истории жизненного статуса или  динамики численности. Термин биомонитор используется по отношению к организму, который может использоваться для  изучения географических и временных  изменений в бионакоплении загрязняющих веществ, посредством измерения  концентраций хемикалий во всем теле или в специфических тканях. В  морских экосистемах ракообразные еще не используются очень часто. В данных экосистемах большое  внимание уделяется бентосу, поэтому  акцент ставится на другие группы организмов (моллюски, полихеты, иглокожие).

    Обзор результатов, полученных на различных  методологических уровнях

    В данной главе будет дан краткий  обзор результатов исследований (с 1990), в которых использовались ракообразные, как биоиндикаторы  или биомониторы. Главное внимание уделяется амфиподам, изоподам и  кладоцерам, которые часто используются при изучении пресноводных систем. Некоторые аргументы приведены Шульцем (Schulz) для прибрежной зоны Балтийского моря. Биоиндикаторы должны быть бентосными организмами, распространены по всей интересующей области, обитать в литоральной зоне. Также они должны иметь важное экологическое значение. Таким образом, Schulz рекомендует использовать из ракообразных в качестве индикатора для Балтийского моря лишь только Balanus improvisus. Вообще в морских экосистемах ракообразные также используются в качестве биомониторов, но еще редко как биоиндикаторы.

    Экологическое предпочтение и распространение

    Микрораспространение  различных видов гаммарид зависит  от специфических экологических  предпочтений(структуры среды обитания), а также от различий в физиологической  толерантности к содержанию кислорода, температуры, качества воды. Важную роль играет присутствие или отсутствие хищников. Dahl and Greenberg показали, что Gammarus pulex способен оценивать различия в качестве среды и отвечать на них. Crane исследовал популяционные характеристики Gammarus pulex в пяти английских реках в течении 1992 года. Была показана большая изменчивость Gammarus pulex в разных условиях. Существенные различия между популяциями разных рек были выявлены для плотности популяций, постоянного урожая биомассы, индивидуальных размеров и соотношения полов. Было сделано предположение, что расхождения были вызваны загрязнителями или различиями в физической структуре дна реки. Вторжение неозойских видов может быть вызвано разной толерантностью к загрязнителям. Токсические эффекты могут привести к уничтожению локальных таксонов, и неозойские виды, которые более устойчивы к загрязнению будут заполнять пустые экологические ниши. Streit и Kuhn полагают, что это могло быть причиной вторжения Gammarus tigrinus в реку Рейн после исчезновения Gammarus fossarum.

    Meijering изучал возникновение Gammarus fossarum, Gammarus pulex и Gammarus roeseli в водах Hessian(Германия) с 1968 по 1988 год. Оказалось, что G. pulex более устойчив к загрязнителям, недостатку кислорода и низким значениям pH. Поэтому данных вид может бать доминантом в местах, затронутых выше перечисленными ограничениями. Для изопод Asellus aquaticus было показано, что они не только реагируют на загрязнение увеличением толерантности, но и изменением жизненной стратегии ( производят меньше потомства, но большего размера). Лабораторные исследования указывают на то, что данные изменения, возможно, обусловлены генетически.

    Pilgrim и Burt в лабораторных исследованиях  показали, что на толерантность  представителя амфипод Hyalella azteca к низким значениям pH влияет температура воды. При более низких температурах Hyalella azteca выдерживает кислотный стресс в течении более длительного времени, чем при более высоких температурах. Можно предположить, что устойчивость к низким значениям pH имеет сезонный характер, и летние месяцы являются наиболее критическими.

    В Австрии интенсивно изучались репродуктивные показатели Gammarus fossarum и Gammarus roeseli. Оптимум температур для G. fossarum лишь немного ниже, чем для G. roeseli.G. fossarum имеет более широкий оптимум для репродуктивного успеха по сравнению с G. roeseli. Репродуктивный период у G. fossarum начинается в декабре и завершается в сентябре, а у G. roeseli начинается в марте и завершается в сентябре. Из этого следует, что наиболее оптимальные условия для G. roeseli будут в хорошо прогретых водах, в которых G. fossarum обычно отсутствует. Только G. fossarum способен размножаться в зимний период.

    Как показали Meurs и Zauke не достаточно исследовать  изобилие организмов в данной экосистеме для того, чтобы получить полную картину потенциальных экологических  процессов. Для достижения этой цели требуются детальные исследования динамики популяции. 

    Гуппи как объект для  определения действия токсических веществ  на рыб

    При изучении действия токсических веществ (пестицидов, производственных сточных  вод и т. д.) на рыб применяется  большое количество критериев различной  степени чувствительности от «рыбной  пробы», т. е. определения выживаемости до современных методов исследования на молекулярном уровне. [5]

    Одним из решающих моментов при оценке действия токсических веществ является выбор  объекта, на котором можно проводить  испытания. При испытании токсических  веществ на промысловых рыбах  возникает ряд трудностей, заключающихся в том, что для проведения опытов необходимо иметь хорошо оборудованные экспериментальные базы, обеспечивающие условия для нормального роста, развития и размножения подопытных рыб. Кроме того, проведение таких работ на промысловых рыбах требует много времени, так как большинство из них медленно растут и созревают. Длительное половое созревание заставит проводить трудоемкие морфологические исследования по определению изменений в развитии половых продуктов под действием токсических веществ. Отсутствие ясно выраженных вторичных половых признаков у большинства промысловых рыб затрудняет определение скорости половой дифференцировки. Все это говорит о том, что определение действия токсических веществ на промысловых рыбах займет много времени, потребует много труда и средств.

    В целях удобного для исследований объекта чаще всего останавливаются  на аквариумной рыбке гуппи Lebistes reticulatus. Положительными свойствами гуппи  являются ее малые размеры, неприхотливость  к условиям обитания, короткий цикл развития, рано появляющиеся и четко  выраженные вторичные половые признаки, почти 100%-ная выживаемость мальков  в обычных аквариальных условиях, легкость разведения и кормления, а  также возможность получения  массового количества однородного  подопытного материала в течение  всего года. Все это делает гуппи  чрезвычайно удобным объектом для  исследования. Общеизвестно, что гуппи  хорошо растут и размножаются в аквариумах, создать для них оптимальные  условия для роста и размножения  не представляет трудностей, этого  можно достигнуть в любой лаборатории. Кажущимся отрицательным качеством  гуппи является то, что они по сравнению с другими рыбами проявляют  большую устойчивость к токсическим  веществам. Однако эту большую устойчивость гуппи можно связать с тем, что они при испытании находятся  в оптимальных условиях, в то время  как другие рыбы, выловленные из водоемов и помещенные в экспериментальные  условия, находятся в состоянии  «стресса», при котором токсичность  будет проявляться в значительно  большей степени. Как пример влияния  содержания в неблагоприятных условиях можно привести данные Кийера и соавторов (Quilleir, Marti, Capmartin, Secondat, 1965), которые показали, что содержание гуппи в аквариумах без растений уже приводит к нарушениям у них сперматогенеза и задержке развития гоноподия.