Методы оценки экологического состояния. Биотестирование. Биоиндикация

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Пожарно-спасательный колледж "Санкт-Петербургский центр подготовки спасателей" 
 
 
 
 
 

Работа:

По Методам определения загрязняющих веществ в окружающей среде 
 
 

Тема:

Методы  оценки экологического состояния.

Биотестирование. Биоиндикация. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Ганицева  Екатерина

Гр. № 595 
 
 

История биоиндикации: 
 

В России  основоположником биоиндикационного использования растений, оценки свойств почв и подстилающих горных пород по особенностям развития растений и составу растительного покрова, бесспорно, считают А. П. Карпинского. А.П. Карпинский писал о возможности растительной биоиндикации, и использовал характер распространения растений для составления геологических карт. Например. Почвенные микроорганизмы и индикаторные растения служат при поисках различных полезных ископаемых. Также в трудах М.В.Ломоносова и А.Н.Радищева есть упоминания о растениях указателях особенностей почв, горных пород, подземных вод.

А  самый большой вклад в развитие биоиндикации внес русский ученый-почвовед В.В.Докучаев. По комплексам почвенных животных можно определить типы почв и их изменение под влиянием хозяйственной деятельности человека.

Самое быстрое освоение биоиндикации началось в XIX в., когда быстрыми темпами стали осваивать окраины нашей страны. 
 
 

Биоиндикация – обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в  среде их обитания. Биологические индикаторы обладают признаками, свойственными системе или процессу, на основании которых производится качественная или количественная оценка тенденций изменений, определение или оценочная классификация состояний экологической систем, процессов и явлений. 

Биотестирование – процедура установления токсичности среды с помощью тест - объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций у тест-объектов. Для  оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул). В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем. Объект извлекается из среды обитания, и в лабораторных условиях проводится необходимый анализ. Живой организм может тестироваться также в специальных камерах или на стендах где создаются условия изучаемого загрязнения. 
 

Многий опыт ученых разных стран по контролю состояния окружающей среды (ОС) показал преимущества, которыми обладают живые индикаторы:

• в условиях хронических антропогенных нагрузок могут реагировать даже на относительно слабые воздействия вследствие кумулятивного эффекта; реакции проявляются при накоплении некоторых критических значений суммарных дозовых нагрузок;
• суммируют влияние всех без исключения биологически важных воздействий и отражают состояние ОС в целом, включая её загрязнение и другие антропогенные изменения;
• исключают необходимость регистрации химических и физических параметров, характеризующих состояние ОС;
• фиксируют скорость происходящих изменений;
• вскрывают тенденции развития природной среды;
• указывают пути и место скопления в экологических системах различного рода загрязнений и ядов, возможные пути их попадания в пищу человека;
• позволяют судить о степени вредности любых синтезируемых человеком веществ для живой природы и для него самого, при чём дают возможность контролировать их действие.

 

 Выделяю две формы отклика живых организмов, используемых в целях индикации:

- Специфическую - происходящие изменения связаны с действием одного какого-либо фактора;

- Неспецифическую – различных антропогенные факторы вызывают одинаковые реакции. 

В зависимости  от типа ответной реакции, делятся:

- Чувствительные  – реагируют на стресс значительным  отклонением от жизненных норм;

- Кумулятивные  – накапливают антропогенное  воздействие, значительно превышающее нормальный уровень в природе, без видимых изменений.

Идеальный биологический индикатор должен удовлетворять ряду требований:

• быть типичным для данных условий;
• иметь высокую численность исследуемом  экотопе. (Экотоп - местообитание организмов, характеризующееся определенным сочетанием экологических факторов: почв, грунтов, микроклимата и др. греч. Topos - место Биотопы);
• обитать в данном месте в течения ряда лет, что даёт возможность проследить динамику загрязнения;
• находится в условиях, удобных для отбора проб;
• давать возможность проводить прямые анализы без предварительного концентрирования проб;
• характеризоваться положительной корреляцией между концентрацией  загрязняющих веществ в организме-индикаторе и объекте исследования;
• использоваться в естественных условиях его существования;
• иметь короткий период онтогенеза, чтобы была возможность отслеживать влияния  фактора на  последующие поколения.

 

Ответная реакция  биоиндикатора на определенное физическое и химическое воздействие должна быть четко выражена, т.е. специфична, легко регистрироваться  визуально или с помощью приборов.

Используется  в экономичном соображении, учитывать  характер использования тех или  иных организмов. Тех, кто широко распространен  на исследуемой территории, а не занесён в «Красную Книгу».

Экосистемный  подход к оценки среды даёт возможность ранней диагностики её изменений. Сигналом тревоги служит разбалансировка продукционно-деструктивных процессов. Диагностическими признаками таких сигналов являются, например, накопление органического вещества, заиление (заполнение пор грунта мелкими взвешенными частицами, находящимися в фильтрующей воде), зарастание водоёмов, усиления развития микроорганизмов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Объекты для биоиндикации и их особенности:

• Высшие растения:

Индикаторные  растения используются при оценки механического и кислотного состава почв, их плодородия, увлажнения и засоления, степени минерализации грунтовых вод и степени загрязнения атмосферного воздуха газообразными соединениями, а так же при выявлении трофических свойств водоёмов и степени их загрязнения поллютантами.

Например, на содержание в почве свинца указывают виды овсяницы, полевицы; цинка -

виды фиалки, ярутки; меди и кобальта – смолёвки, многие злаки и мхи.

Примеры воздействия на растения – изменения окраски, преждевременное увядание  и опадание листьев. Некоторые растения накапливают в себе вредные вещества.  

Виды антропогенного изменения растений:

1. торможение или стимулирование нормального роста;
2. деформация стеблей, листьев и т.д.;
3. возникновение новообразований. 

 

В целях биоиндикации представляют интерес следующие деформации растений:

• фасциация – лентовидное уплощение и сращивание стеблей, корней и цветоносов;
• махровость цветков, в которых тычинки превращаются в лепестки;
• пролификация – прорастание цветков и соцветий;
• асцидия – воронковидные, чашевидные и трубчатые листья у растений с пластичными листьями;
• редукция – обратное развитее органов растений, вырождение;
• нитевидность – нитчатая форма литьевой пластинки;
• филлодий тычинок – превращение их в плоское листовидное образование.

 

• Беспозвоночные животные:

(позвоночные  животные),их особенности в биоиндикации:

• являясь консументами, они находятся на разных трофических уровнях экосистем и аккумулируют через пищевые цепи загрязняющие вещества;
• обладают активным обменом веществ, что способствуют быстрому проявлению воздействия негативных факторов среды на организм;
• имеют хорошо дифференцированные ткани и органы, которые обладаю разной способностью к накоплению токсических веществ и неоднозначностью физиологического отклика, что позволяет исследователю иметь широкий набор тестов на уровне тканей, органов и функций;
• сложные приспособления животных к условиям среды и четкие поведенческие реакции наиболее чувствительны к антропогенным изменениям, что даёт возможность непосредственно наблюдать и анализировать быстрые отклики на оказываемое воздействие;
• животных с коротким циклом развития и многочисленным потомством можно использовать для проведения ряда длительных наблюдений и прослеживать воздействие фактора на последующие поколения; для долгоживущих животных можно выбрать особо чувствительные тесты в соответствии с особо уязвимыми этапами антропогенеза.

«+»:

Биологическая близость к человеку.

«-»

Обнаружение и  поимка животного;

Дорогостояще 
 
 
 
 

Оцениваются:

1)Морфо-анатомические показатели

Описываются особенности внешнего и внутреннего строения животных и их изменения под воздействием антропогенных факторов (депигментация, изменения покровов, расположение органов и т.д.)

2)Физиолого-биохимические показатели

Воздействие токсикантов 

3)  Поведенческие  
 

• Млекопитающие:

Наиболее быстро реагируют на изменения в ОС. Оценка по их численности.

• Бактерии;
• Водоросли.

 
 

Области применения биоиндикаторов:

В оценки качества воздуха:

-оценка по  растениям

В оценки качества воды:

-система сапробности  (степень загрязнения вод разлагающимися органическими веществами).

-раки, рыбы, лягушки и т.д.

Диагностика почв:

-распространение  растений

-черви (дождевые)

В эпидемиологии и санитарии:

Оценка угрозы инфекционных заболеваний достигается при мониторинге загрязнения водоемов сточными водами. Именно канализационные стоки могут содержать патогенные микроорганизмы — основной источник инфекций, передаваемых через воду. Поскольку патогенных микроорганизмов много, каждый выявлять трудоемко и нецелесообразно, разработан тест на кишечную палочку.