Биоиндикационный признак неблагоприятных условий среды

 

Биоиндикация – это метод обнаружения и оценки воздействия абиотических и биотических факторов на живые организмы при помощи биологических систем. Эти­ми методами может быть обнаружен, например, эффект биологи­ческого накопления отдельных токсических веществ в организмах растений и животных. Чувствительные же организмы-биоиндика­торы реагируют не только на малые дозы экологического фактора, но и дают адекватную реакцию на воздействие комплекса факто­ров, выявляя синергизм, эмерджентность, ингибирование.

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 культур наиболее чувствительны салат, люцерна, злаковые, крестоцветные, а к нечувствительные виды – кукуруза, ви­ноград, розоцветные, подорожник.

Существуют два основных метода биоиндикации: пассивный и активный. В первом случае исследуют видимые или незаметные 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).

Методы биоиндикации должны отвечать следующим требованиям: относительная быстрота проведения инди­кации, получение достаточно точных и воспроизводимых результатов, наличие, пригодных для индикации объектов в большом количестве.

Разновидность биоиндикации – лихеноиндикация. Данный метод можно разделить на три группы. Первый позволяет изучить изменения, которые происходят в строении и жизненных функциях лишайников под влиянием загрязнения. Методы второй группы основаны на описании видов лишайников, обитающих в районах с разной степенью загрязнения атмосферы. Третья группа включает методы изучения целых лишайниковых сообществ в загрязненных районах и составление целых карт.

Сведения относительно использования содержания хлорофил­ла (и других пигментов) как биоиндикационных признаков, в лите­ратуре противоречивы. У чувствительных к заг­рязнению видов (липы, клена) наблюдается снижение содержания хлорофилла еще до появления видимых изменений и это может слу­жить достаточно надежным неспецифическим биоиндикационным признаком. Неспецифичность этого индикатора в том, что недостаток в по­чве азота, а также железа и других элементов, быстро сказывается на окраске листьев в результате разрушения хлорофилла в них и, этот признак очень часто используется для оценки низкого плодо­родия почв.

Цель работы: углубить представления о причинах загрязнения почвы нефтепродуктами, освоить метод определения нефтепродуктов в образцах почв, ценить уровень их загрязнения (сильно загрязненные, средне загрязненные, слабозагрязненные), сделать вывод о последствиях данного загрязнения для изучаемой экосистемы.

Оборудование и реактивы: электронные весы; фотоэлектроколориметр – ФЭК; центрифуга; ступки малые с пестиками; ножницы; толченое стекло; мерные колбы на 100 и 50 мл; 1%-ный раствор CuSO₄·5Н₂О; 2%-ный раствор К₂Сг₂0₇;7%-ный раствор аммиака; листья растений-ин­дикаторов, собранные в «загрязненной» и «чистой» зонах.

 

Порядок выполнения работы

Метод основан на извлечении хлорофилла из листьев раство­рителями (спирт, ацетон) и определении его количества на фотоэлектроколориметре или спектрофотометре. При работе с сухим материалом берут навеску 0,5-1 г, со све­жим – 1-2 г. На­веску растительного материала (исключая жилки) тщательно измельчают в фарфоровой ступке с битым стеклом. Извлечение хлорофилла из сухого мате­риала можно производить 90%-ным спиртом или 80-85%-ным аце­тоном, а из свежего – 96-98%-ным спиртом или абсолютным ацетоном. К растертому растительному материалу прибавляют немного растворителя и материал продолжают растирать вместе с раствори­телем.

Жидкость из ступки слива­ют в колбу объемом 50 см³. В ступку приливают 4-5 мл растворителя и вновь растирают в течение минуты, затем опять сливают в колбу. Эту манипуляцию повторяют 2-3 раза. Ступку ополаскивают несколько раз растворителем, выливая его в колбу. Промывание ведут до тех пор, пока стекающий раствор не станет бесцветным. Затем эк­стракт переносят в «пальчики» центрифуги и центрифугируют в течение 5 минут при 3000 об./сек. После чего надосадочную жидкость переносят в колбу на 100 см³ и вытяжку доводят до черты растворителем. Колориметрирование раствора производят на ФЭКе с красным светофильтром. Если жидкость окрашена в интенсивно зеленый цвет, ее необходимо разбавить, так как при больших концентрациях величины на ФЭКе могут выходить за пре­делы разрешающей способности прибора.

Для пересчета хлорофилла на стандартные величины использу­ют раствор Гетри, который готовится следующим образом: в мерную колбу емкостью 100 мл точ­но отмеривают растворы (1%-ный раствор CuSO₄·5Н₂О –28,5мл, 2%-ный раствор К₂Сг₂0₇–50 мл, 7%-ный раствор NH₄ОH – 10 мл), доводят дистиллированной водой до метки и пере­мешивают. Раствор Гетри по окраске колориметрически эквивалентен ра­створу кристаллического хлорофилла по содержанию последнего 85 г/л.

Методом разбавления стандартного раствора строят калибровоч­ную кривую, где по оси абсцисс откладывают содержание хлорофил­ла (мг/л), а по оси ординат – оптическую плотность. Калибровочную кривую строят от концентрации 0,085 мг/л (1 мл исходного раство­ра и 99 мл воды) до 0,85 мг/л (10 мл исходного раствора и 90 мл воды). Измерения на ФЭКе производят несколько раз, затем вычисляют среднее.

Требования к отчету

По полученным данным определяют концентрацию хлоро­филла в опытных образцах по калибровочной кривой. Затем вычис­ляют количество хлорофилла в мг/г листа (по сырой или сухой массе). В насаждениях сосны оно колеблется от 0,08 до 0,14 мг/г. Можно так­же выразить количество хлорофилла в процентах (0,3-1,3% абсолют­но сухой массы листа). Схема записи результатов анализов приведена ниже (табл. 5).

Таблица 5

Результаты анализа

 

 

Опыт	Навес­ка, мг	Объем вытяж­ки, мл	Показа­ния ФЭКа	Количество хлорофилла по калибровочной кривой, мг/100 мл	Содержание хлорофилла в листьях
мг/г	%

 

Вопросы для самоподготовки

 

1. Метод биоиндикации как способ оценки состояния окружающей среды.

2. Требования к тест-объектам для метода биоиндикации.

3. Лехиноиндикация.

Приложение 1

Критерии оценки загрязненности поверхностных вод

№ п/п	Ингредиенты	ПДКВ, мг/дм^3 (коммунально-бытовое и хозяйственно-питьевое)	ПДКВР, мг/дм^3 (рыбохозяй-ственое)	Класс опасности
	Взвешенные вещества, мг/л Назначение водоема: коммунально-бытовое хозяйственно-питьевое	+ 0,75 к фону + 0,25 к фону	+ 0,25 к фону	-
	ХПК, мг О2/л Назначение водоема: коммунально-бытовое хозяйственно-питьевое	30,0 15,0	не нормируется	-
	БПКПОЛН, мг О2/л Назначение водоема: коммунально-бытовое хозяйственно-питьевое	6,0 3,0	3,0	-
	Растворенный кислород, мг О2/л (не менее) I категория летом и зимой* II категория летом ** II категория зимой	4,0	6,0 6,0 4,0	-
	Сухой остаток, мг/л			-
	Хлориды, мг/л	350,0	300,0
	Аммоний солевой (NH4^+), мг/л	2,0	0,5
	Нитрит ион (NO2^-), мг/л	3,0	0,08
	Нитрат-ион (NO3^-), мг/л	45,0	40,0
	Железо общее, мг/л	0,3	0,005
	Нефтепродукты, мг/л	0,3	0,05
	Сульфаты, мг/л	500,0	100,0
	СПАВ, мг/л	0,5	0,2
	Медь, мг/л	1,0	+ 0,001 к фону
	Никель, мг/л	0,1	0,01
	Ртуть, мг/л	0,0005	отс.
	Фенол, мг/л	0,001	0,001
	Фосфаты, мг/л	3,5	отсутст.
	Хром (VI), мг/л	0,05	0,001

_______

* – I категория – сохранение и воспроизводство ценных видов рыб;

** – II категория – все другие рыбохозяйственные цели

 

Приложение 2

 

Характеристика индикаторов

Степень кислотности и щелочности раствора можно охарактеризовать концентраций ионов водорода:

Нейтральный раствор................ [Н⁺] = 10^-7

Кислый раствор..................... [Н⁺] > 10^-7

Щелочной раствор................... [Н⁺] < 10^-7

Кислотность или щелочность выражают более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода указывают ее десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Последняя величина называется водородным показателем и обозначается через рН:

рН = – lg [Н⁺]

Для измерения рН существуют различные методы. Приближенно реакцию раствора можно определить с помощью специальных реактивов, называемых индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее употребительные индикаторы – метиловый оранжевый, метиловый красный и фенолфталеин. Нижа дана характеристика индикаторов.

 

Важнейшие индикаторы

 

Название индикатора	Цвет индикатора в различных средах
в кислой	в нейтральной	в щелочной
Метиловый оранжевый	Красный (рН < 3,1)	Оранжевый (3,1 < рН < 4,4)	Желтый (рН > 4,4)
Метиловый красный	Красный (рН < 4,2)	Оранжевый (4,2 < рН < 6,3)	Желтый (рН > 6,3)
Фенолфталеин	Бесцветный (рН < 8,0)	Бледно-малиновый (8,0 < рН < 9,8)	Малиновый (рН > 9,8)
Лакмус	Красный (рН < 5,0)	Фиолетовый (5,0 < рН < 8,0)	Синий (рН > 8,0)

 

 

Приложение 3