Аккумуляция вредных веществ
Хорошим показателем загрязнения среды может служить повышенная концентрация поллютантов в клетках живых организмов. Так, обнаружена корреляция между содержанием свинца в листьях тисса и интенсивностью движения в городах.
Накопление ртути в перьях птиц позволило с помощью чучел проследить динамику загрязнения ртутью. Обнаружено, что с начала 40-х годов ХХ века содержание ртути в перьях фазана, куропаток, сапсана и других увеличилось в 10–20 раз, по сравнению с 1840–1940 гг.
Изменение размеров клеток
Показано, что при газодымном загрязнении:
· Увеличиваются клетки смоляных ходов у хвойных деревьев;
· Уменьшаются клетки эпидермиса листьев.
Нарушение физиологических процессов в клетке
Плазмолиз. В клетках растений под действием кислот и SO2 цитоплазма отслаивается от клеточной стенки.
Организменный уровень
Еще в древности некоторые виды растений использовали для поиска руд и других полезных ископаемых. Повреждения растений дымом были отмечены в середине XIX века вокруг содовых фабрик Англии и Бельгии.
Преимущества биоиндикации на этом уровне – это небольшие затраты труда и относительная дешевизна, поскольку не требуется специальные лаборатории и высокая квалификация персонала.
Растения
Морфологические изменения растений, используемые в биоиндикации:
1. Изменение окраски листьев (неспецифическая, реже специфическая, реакция на различные поллютанты):
· Хлороз – бледная окраска листьев между жилками. Отмечали при избытке в почве тяжелых металлов и при газодымовом загрязнении воздуха.
· Пожелтение участков листьев. Характерно для лиственных деревьев при засолении почвы хлоридами.
· Покраснение, связанное с накоплением антоциана. Возникает под действием сернистого газа.
· Побурение или побронзовение. Часто означает начальную стадию некротических повреждений.
· Листья как бы пропитаны водой (как при морозных повреждениях). Возникает под действием ряда окислителей, например пероксиацетилнитрата.
· Серебристая окраска листьев. Возникает под действием озона на листьях табака.
2. Некрозы – отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична.
· Точечные и пятнистые. Серебристые пятна на листьях табака сорта Bel W3 возникают под действием озона.
· Межжилковые – некроз тканей между боковыми жилками 1 порядка. Часто отмечаются при воздействии сернистого газа.
· Краевые. На листьях липы под влиянием соли (хлорида натрия), который зимой посыпают улицы для таяния льда.
· «Рыбий скелет» – сочетание межжилковых краевых некрозов.
· Верхушечные некрозы. У однодольных покрытосемянных и хвойных растений. Например, хвоинки пихты и сосны после действия сернистого газа становятся на вершине бурыми, верхушки листьев гладиолусов после окуривания фтористым водородом становятся белыми.
3. Преждевременное увядание. Под действием этилена в теплицах не раскрываются цветки у гвоздики, увядают лепестки орхидей. Сернистый газ вызывает обратимое увядание листьев малины.
4. Дефолиация – опадание листвы. Обычно наблюдается после некрозов и хлорозов. Например, осыпание хвои у ели и сосны при газодымовом загрязнении воздуха, листьев лип и конских каштанов – от соли для таяния льда, крыжовника и смородины – под действием сернистого газа.
5. Изменение размеров органов обычно неспецифичны. Например, хвоя сосны вблизи заводов удобрений удлиняется от нитратов и укорачивается от сернистого газа. У ягодных кустарников дым вызывает уменьшение размеров листьев.
6. Изменение формы, количества и положения органов. Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивно облучения. В результате локальных некрозов возникает вздувание или искривление листьев, сращение или расщепление отдельных органов, увеличение или уменьшение частей цветка.
7. Изменение жизненной формы растения. Кустовидная или подушечная форма роста свойственна деревьям, особенно липе, при сильном устойчивом загрязнении воздуха (HCI, SO2).
8. изменение жизненности. В присутствии многих поллютантов бонитет деревьев понижается от 1–2 класса до 4–5. Обычно это сопровождается изреживанием кроны и уменьшением прироста. Изменения прироста неспецифичны, но широко применяются, так как чувствительнее, чем некрозы. Измеряются радиальный прирост в длину побегов и листьев, корней, диаметр таллома лишайника.
9. Изменение плодовитости. Обнаружено у многих растений. Например, при действии поллютантов уменьшается образование плодовых тел у грибов, снижается продуктивность у черники и ели. Некоторые виды лишайников не образуют плодовых тел в сильно загрязненном воздухе, но способны размножаться вегетативно.