Лекция 2. Биологический мониторинг Основы генетического мониторинга

Биологический мониторинг – система наблюдений и прогноза изменений в биотических компонентах, вызванных антропогенным загрязнением окружающей среды

Цель и задачи биологического мониторинга Цель: определение состояния биотической компоненты биосферы, ее реакций на антропогенные воздействия, определение функций состояния и отклонений этих функций от нормы. Задачи: оценка фактического состояния биоты проверка эффективности осуществленных природоохранных мероприятий прогноз состояния биоты в будущем.

Уровни биологического мониторинга

Методы комплексного мониторинга антропогенного воздействия I. Физико-химические (аналитические) Качественные Количественные Гравиметрический Титриметрический Экспресс-методы Потенциометрические и др. Недостатки: трудоемки не всегда экспрессныйй требуют дорогостоящего оборудования и реактивов требуют высокоспециализированного обслуживающего персонала не гарантируют достоверной оценки экологической опасности!!!

Методы комплексного мониторинга антропогенного воздействия II. Биологические Биоиндикация - обнаружение и определение экологически значимых природных и антропогенных нагрузок на основе реакций на них живых организмов непосредственно в среде их обитания. Биотестирование - установление в лабораторных условиях токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо то того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения их жизненно важных функций. «+» не требуют предварительной идентификации конкретных веществ просты в реализации относительно дешевы экспрессныйй позволяют вести контроль в непрерывном режиме

Методы биологического мониторинга. Биоиндикация Биоиндикаторы – организмы, присутствие, количество или особенности развития которых служат показателями естественных процессов, условий или антропогенных изменений среды. Требования к идеальному биоиндикатору: Быть типичным для данных условий Иметь высокую численность в данном экотопе Обитать в данном месте в течение ряда лет Находиться в условиях, удобных для отбора проб Давать возможность проводить анализы без предварительного концентрирования проб Иметь короткий период онтогенеза Иметь максимальную скорость отклика и выраженность параметров проявления эффектов воздействия!!!

Объекты-биоиндикаторы Бактерии водоросли высшие растения беспозвоночные животные млекопитающие

Объекты-биоиндикаторы. Преимущества позвоночных животных активный обмен веществ являются участниками одновременно нескольких пищевых цепей имеют хорошо дифференцированные ткани с различной способностью аккумулирования веществ и отклика на воздействие животных с коротким циклом и многочисленным потомством можно использовать для отслеживания отклика в нескольких поколениях физиологическая близость к человеку!!!

Области применения биоиндикаторов. Оценка качества воздуха. Изменение состава воздуха создает опасность для человека, животных, растений. В качестве организмов-биоиндикаторов чаще используются: Низшие растения (лишайники). Критерии: площадь покрытия, количество видов, количество доминирующих видов) Голосеменные (сосна и др.). Критерии: гибель, скорость восстановления, морфология хвои, репродуктивная способность).

Области применения биоиндикаторов. Оценка качества воды В качестве организмов-биоиндикаторов могут использоваться все группы организмов, населяющих водоем (планктонные, бентосные беспозвоночные, простейшие, водоросли, бактерии, рыбы и т.д.). Чаще используются: Микроорганизмы. Критерии: определение общего микробного числа в водоеме, анализ активного ила. Зообентос. Критерии: учет видового разнообразия (черви, насекомые, моллюски и др.), соотношение различных видов организмов (плесневые грибы,инфузории, круглые черви, коловратки, водные клещи, рачки)

Области применения биоиндикаторов. Оценка качества почв Почва рассматривается как среда обитания для организмов. В качестве организмов- биоиндикаторов чаще используются: Растения. Позволяют оценить механический состав, влажность, засоленность почвы и.др. Критерии: структура сообществ, распространение растений или признаков у отдельных растений. Сообщества крупных беспозвоночных (дождевые черви, многоножки, личинки насекомых). Критерии: количество биомассы, ферментативная активность почвы, количество и скорость накопления продуктов жизнедеятельности почвообразующих организмов. Лишайники

Биотестирование Использование в контролируемых условиях биообъектов в качестве средства выявления суммарной токсичности среды путем : оценки действия фактора на интегральные показатели (выживаемость, плодовитость, рост, видовой состав) организма оценки частных параметров (физиологические, биохимические функции в целом или отдельные функции органа, системы органов и тканей). Методология основана на исследовании эффективности гомеостатических механизмов в условиях «стресса»

Биотестирование. Требования к методам Быть адекватными не только для лабораторного моделирования, но и для исследований в природе Быть адекватными для любого вида живых существ и любого воздействия Быть применимым для оценки любых экологических изменений (физические, химические, биологические) среды обитания живых организмов Быть достаточно простыми и не слишком дорогостоящими для широкого использования Быть чувствительными для начальных (обратимых) экологических изменений

Методы (подходы) биотестирования Биохимический мониторинг Морфологический мониторинг Физиологический мониторинг Биофизический мониторинг Иммунологический мониторинг Генетический мониторинг

Биохимические методы Основаны на оценке эффективности биохимических реакций, уровне ферментативной активности, накоплении продуктов обмена, изменяющихся в ответ на «стресс». Оценка эффективности свободнорадикальных реакций. (оценка нарушения эмбрионального развития низших водных животных (лягушка)) Анализ ферментативной активности почвенных и водных микроорганизмов (тест на лизоцимную активность)

Морфологические методы Основаны на учете отклонений от нормального строения морфологических признаков организмов. Критерий: анализ асимметрии, как нарушение способности организма к формированию генетически детерминированного фенотипа. Ряска (анализ качества воды). Критерии: гибель, расслоение. Эмбрионы амфибий. Критерий:морфологические аномалии зародыша, гибель.

Физиологические методы Оценка качеств водоемов: Одноклеточные водоросли (хлорелла). Критерии: выживаемость, численность, содержание хлорофилла при культивировании на питательных средах; кислородная продуктивность Инфузории. Критерий: изменение двигательной активности при воздействии фактора, скорости выживаемости, формы. Дафнии. Критерии: выживаемость, плодовитость Рыбы (гуппи) Критерий: выживаемость в сравнении с водопроводной водой

Физиологические методы Основаны на учете темпа и ритмики ростковых процессов, поведенческой активности организмов, характеристик энергетических процессов. Оценка качества почвы: Растения (злаки). Оценка загрязнения среды тяжелыми Ме. Критерий: скорость прироста колеоптиля. Микроорганизмы. Критерии: анализ азотфиксирующей и денитрифицирующей активности.

Биофизические методы Основаны на инструментальном определении нарушений биофизических и биохимических процессов : функций мембранных структур, электропроводность тканей, способность генерировать электрический потенциал и т.п. с использованием люминесцентных и флюориметрических методов. Гидробионты (асцидии, раки, иглокожие, губки, моллюски. Критерий: оценка фильтрационной активности Фототрофные бактерии (хлорелла).Оценка качества воды, грунта.Критерии: оценка фотосинтетической активности. Древесные растения (липа, клен, тополь). Оценка воздушной среды. Критерий: оценка параметров люминесценции листьев

Иммунологические методы Беспозвоночные животные (моллюски, морские звезды) Высшие животные (рыбы). Критерий: исследование параметров врожденного иммунитета-реакции гемагглютинации; определение концентрации белка в биологических жидкостях (плазма и перивисцеральная жидкость); определение концентрации лизоцима в биологических жидкостях.

Генетические методы Основные направления: оценка появления и накопления в окружающей среде генотоксических веществ; изучение способности индуцировать тот или иной вид генетических нарушений; изучение спектра мутационного воздействия веществ на организмы.