Биотесты на мхах

Метод индукции флюоресценции хлорофилла позволил исследовать активность фотосинтетического аппарата у ряда растений при изменении внешних условий среды. Эта особенность хлорофилла была предложена в качестве индикаторного признака нарушений, вызванных воздействием поллютантов. Удобным объектом для исследований послужил листовой мох Mnium hotnum L., у которого хорошо просматривается однослойная структура гаметофита. Модулируемое (путем переключения световых и темновых фаз) развитие флюоресценции суспензии хлоропластов служит критерием степени загрязнения воздуха двуокисью серы (Э.А.Штина, 1990). Предложенный метод лег в основу тест-системы, определяющей загрязнение воды ТМ с помощью высших растений - ряски малой (Lemna minor L.).

Биотесты на лишайниках

Лишайники являются надежными индикаторами загрязнения воздуха и традиционно используются для целей биоиндикации. Основные причины, обусловливающие малую устойчивость лишайников и их группировок к атмосферному загрязнению следующие:

1. высокая чувствительность водорослевого компонента лишайников, пигменты которого под действием загрязнителей быстро разрушаются;

2. отсутствие защитных покровов и связанное с этим беспрепятственное поглощение газов слоевищами лишайников;

3. строгие требования к кислотности субстрата, изменение которой сверх определенного предела влечет гибель лишайников.

При применении этого индикатора следует пользоваться шкалой устойчивости конкретного вида к загрязнителю. Шкала реакции лишайников на поллютанты ( для условий Северного Кавказа и Предкавказья), разработанная С.Б.Криворотовым (С.Б.Криворотов,1995), выделяет 4 типа этих организмов из 127 видов:

• 1 тип - устойчивые к загрязнению лишайники (25);

• 2 тип - чувствительные к действию атмосферного загрязнения (42);

• 3 тип - очень чувствительные к загрязнению виды (23);

• 4 тип - не переносящие загрязнения лишайники (37).

Лихенодиагностика позволяет осуществлять картирование территории по степени загрязненности атмосферного воздуха. Однако, возможности лихеноиндикации ограничены чувствительностью нативных видов (Б.Небель,1993), поскольку многие лишайники аккумулируя загрязнитель из атмосферы при его хроническом воздействии гибнут от низких концентраций, зачастую не достигающих установленнных для человека и теплокровных животных нормативов.

В условиях лаборатории, если лишайники поместить в камеры с определенной влажностью, температурой и концентрацией загрязнителя, то о степени повреждения биотеста принято судить по изменениям его структуры: визуально (цвет, морфология, образование диаспор) и микроскопическим (жизнеспособность водорослевого слоя). Флюоресцентная микроскопия позволяет оценить разрушение хлорофилла в клетках фотобионта; электронная микроскопия регистрирует такие ультраструктурные изменения водорослевых и грибных клеток, как увеличение плотности цитоплазмы и разрушение органелл (И.А.Шапиро,1996).

Биотесты на высших растениях

Для биотестирования отработано немало методов на различных культурах: белой горчице(Sinapis alba L.), озимой и яровой пшенице(Triticum aestivum L.), овсе(Avena L.), гречихе (Fagopyrum L.), огурце(Cucumis L.), кресс-салате(Lepidium sativum L.), сое (Glycine L.), льне (Linum L.), ежи сборной (Dactylis glomerata L.) (В.А.Зинченко,1972; Использование метода биоиндик.,1990; Ю.Роля и др.,1975; П.К. Солдатов и др., 1998; В.И.Шершунова, 1993, 1995).

На горчице учитывают степень ингибирования первичного корешка проростка после обработки семян противодвудольным гербицидом. Определяют также увядание растений, торможение прироста листьев надземной массы проростков.

Овес и рис используют как индикаторы почвенных противозлаковых гербицидов, так как это наиболее чувствительные виды среди злаковых культур. При этом основным тестом является ингибирование роста зародышевого корня и листа.

Редис является традиционным биотестом при исследовании остатков пестицидов в почве и конечной продукции растениеводства, т.к. обладает по сравнению с другими объектами как наиболее высокой чувствительностью к фитотоксичным препаратам, что обусловлено высокой энергией прорастания его семян и скороспелостью культуры (Н.П.Дубинин, Ю.В.Пашин, 1978).

На огурце и гречихе тестируют гербициды - производные мочевины и фенилкарбаматы. При этом у огурца учитывают рост первичного корня, у гречихи - утолщение стебля, деформацию зародышевых листьев, а также торможение роста. Кресс-салат используется как тест - объект для оценки загрязнения воздуха и почвы. Тест длится 10 дней. При наличии вредных веществ снижается процент всхожести и ингибируется рост зародышевых корешков. К недостаткам данного теста можно отнести неспецифичные изменения, затрудняющие выявление конкретного загрязнителя. Очевидно, это объясняется наличием генетической неоднородности культуры (Биоиндик. загряз...,1988).

Действие пестицидов на злаках обнаруживается по их влиянию на морфогенез растений, проявляющейся в изменениях типа морфозов. У озимой пшеницы, при высокой пестицидной нагрузке (2,4Д), диален, лонтрел, тилт, байлетон, метафос) наиболее распространенным и устойчивым типом морфоза является "мутовка", т.е. увеличение числа колосков на уступе колосового стержня. Внесение минеральных удобрений может также прямо или косвенно приводить к появлению морфозов колоса у озимой пшеницы ( в пределах 7% -39% в зависимости от гидротермического режима и вида удобрений). Колосовые морфозы и фазовый индекс, характеризуя интенсивность воздействия на растение агрохимикатов и других повреждающих факторов, могут быть успешно использованы в качестве диагностической тест- системы (И.Ф.Лапочкина и др.,1995; С.О.Ушкалова, 1993; В.И.Дорожкин, Л.Е.Бояринцев, 1995; В.И.Танский и др., 1998).

Видимо, успешное решение проблем биоиндикации во многом будет определяться подбором, а иногда и направленным созданием сортов(линий) культурных растений, чувствительных к загрязнению. К сожалению, в настоящее время подобные сорта и линии в России отсутствуют. Поэтому усилия исследователей должны быть направлены на поиск перспективных форм и работу с ними. Так, в Англии, специально выведен сорт табака Bel W3, характеризующийся восприимчивостью к содержанию озона в воздухе. C помощью этого сорта была создана картосхема Британских островов, характеризующая их загрязнение озоном. При слабом воздействии озона на табак через несколько дней по всей поверхности листовой пластинки образуется густая сеть некротических пятен серебристого цвета. В качестве эталона сравнения одновременно высаживается относительно устойчивый к озону сорт табака Bel B (W.J.Manming, W.A.Feder,1980; S.Schiele and et.al.,1981).

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 (Н.Г.Малюга и др.,1996).

Заключение

При проведении биотестирования мы пытаемся оценить характеристику процесса, который по своей природе является вероятностным независимо от того, идет ли речь о действии отдельных факторов либо о суммарном загрязнении среды. Приведенный обзор исследований затрагивает лишь некоторые вопросы тестирования компонентов агроценоза, но не полный их спектр. Остается надеяться, что уже наработанные подходы позволят подойти к решению рассматриваемой проблемы с новых позиций.

Биомониторинг

Биомониторинг является составной частью экологического мониторинга - слежение за состоянием окружающей среды по физическим и биологическим показателям. В задачи биомониторинга входит регулярно проводимая оценка качества окружающей среды с помощью специально выбранных для этой цели живых объектов.

Лучше других отработана система биомониторинга водной среды. Росгидромет использует классификатор качества вод, включающий 6 классов. Оценивают показатели донных беспозвоночных, перифитона (обитатели водных растений), фито-, зоо- и бактериопланктона. Для примера приведем таблицу классификации вод суши по показателям зообентоса: