Краткий конспект лекций
Министерство образования Российской Федерации
Тамбовский государственный университет
Имени Г.Р. Державина
Учебно-методический комплекс по дисциплине
Биоиндикация окружающей среды
для специальности 020801-Экология
Тамбов 2006 г.
1. Учебный план дисциплины
| Содержание | Семестр 7 | Семестр 8 | Семестр 9 | Всего | |
| 1. | число недель в семестре | ||||
| 2. | число часов в неделю | ||||
| 3. | форма аттестации (зачет-"з", экзамен-"э"). | з | з | э | |
| 4. | лекций | ||||
| 5. | практических занятий | - | - | - | |
| 6. | лабораторных занятий | ||||
| 7. | аудиторных занятий | ||||
| 8. | индивидуальных занятий | - | - | - | |
| 9. | самостоятельной работы | ||||
| Общий объем часов по дисциплине |
2. Тематический план курса по дисциплине
| № | Наименование темы | Вид занятий | |||||
| лек. | прак | лаб. | инд. | сам. | Всего | ||
| Основы биологической индикации | |||||||
| Методологические основы биоиндикации | |||||||
| Основные параметры биондикаторов | |||||||
| Биологическая индикация на организменном уровне организации | |||||||
| Биологическая индикация на популяционном уровне организации | |||||||
| Биологическая индикация на биоценотическом уровне организации | |||||||
| Прикладные задачи биоиндикационных исследований | |||||||
| Статистические методы обработки полученных данных | |||||||
| Всего по дисциплине за семестр |
Содержание тем курса
ТЕМА 1. Основы биологическое индикации
Предмет, цели и задачи биологической индикации. Основные исследовательские направления. Правила. Законы. Понятийный аппарат.
Литература: 5, 6, 13
ТЕМА 2. Методологические основы биоиндикации
Постановка цели задачи биоиндикационного опыта или эксперимента. Сравнительный анализ полевых и лабораторных исследований. Структура биоиндикационных исследований. Планирование исследования. «Нулевая» гипотеза и ее проверка. Биомониторинг и биодиагностика.
Литература: 6, 13
ТЕМА 3. Биологическая индикация на организменном уровне организации
Особенности биоиндикации на организменном уровне организации. Параметры оценки. Сбор и подготовка материалов исследования. Методы, применяемые при изучении организмов.
Литература: 2, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
ТЕМА 4. Биологическая индикация на популяционном уровне организации
Особенности биоиндикации на популяционном уровне организации. Параметры оценки. Сбор и камеральный анализ материалов исследования. Методы, применяемые при изучении популяций.
Литература: 1, 2, 5, 7, 18
ТЕМА 5. Биологическая индикация на биоценотическом уровне организации
Особенности биоиндикации на биоценотическом уровне организации. Параметры оценки. Сбор и первичная обработка материалов исследования. Методы, применяемые при изучении биоценозов.
Литература: 2, 5, 12, 12, 13
ТЕМА 6. Прикладные задачи биоиндикационных исследований
Применение результатов биоиндикации при управлении природными процессами, проектировании. Биоиндикация как средство мониторинга фоновых и нарушенных территорий и акваторий. Биоиндикация как метод оценки качество (здоровья) среды. Биоиндикационный мониторинг как форма общественного контроля. Использование приемов биоиндикации в средних и среднеспециальных образовательных учреждениях, как средства экологического образования и воспитания.
Литература: 5, 6, 12, 13
ТЕМА 7 Статистические методы обработки полученных данных
Понятие о выборочной совокупности. Репрезентативность выборки. Вариационный ряд. Типы вариационных рядов. Основные параметры вариационного ряда. Типы распределения дат вариационного ряда. Регрессионный анализ. Корреляционный анализ. Кластерный анализ. Биометрия. Специфические (математико-биологические) методы математической статистики.
Литература: 1, 3, 4, 7, 8, 9
Краткий конспект лекций
ТЕМА 1.
Лекция 1.
Благодаря простоте, оперативности и доступности биотестирование получило широкое признание во всем мире и его все чаще используют наряду с методами аналитической химии.
В настоящее время биоиндикация является широко применимым методом контроля и мониторинга. Первоначально ее методический арсенал использовался в качестве диагностических тестов для определения качества загрязненных и контрольных территорий, сейчас эта отрасль носит название биотоксиметрия. Позднее к биоиндикации были отнесены традиционные методы дэм- и синэкологии, регистрирующие динамические и качественные параметры надорганизменных систем.
Учитывая общность терминологии, можно использовать в качестве аналогов такие понятия как биотоксиметрия, биоиндикация, биотестирование.
Под биотестированием обычно понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций и характеристик. Биотестирование используется:
- при проведении токсикологической оценки окружающей среды с целью выявления общего благополучия и источников загрязнения,
- при проведении экологического мониторинга, за состоянием воздушного, водного бассейна и почвы,
- при диагностической оценке и мониторинге состояния популяций, видов и экологических систем различного ранга
- при проведении экологической экспертизы новых материалов, технологий очистки и деятельности предприятий.
Приемы определения ПДК, ПВК и др. характеристик загрязнения окружающей среды позволяют с предельной точностью описать количественные характеристики, т.е. они отвечают на вопросы: «Где? Сколько? Чего?». Однако, ключевым вопросом экологии, как науки призванной заботиться о благе человека, является «Насколько это отразиться на моем здоровье?». Для решения этой насущной проблемы рациональнее использовать методы биомониторинга и биодиагностики. Проведем сравнительный анализ методов химической и биологической индикации среды.
Черты химической индикации качества окружающей среды:
+ точное определение концентрации и объема поллютантов,
+ возможность ведения мониторинга количественными методами оценки,
+ продуктивный поиск загрязняющих веществ среде,
- не правомерность оценки токсического воздействия на биологические объекты в следствии синергитического принципа взаимодействия веществ в биосфере.
- не возможность прогноза о силе и продолжительности воздействия загрязнителей на живые организмы.
- не возможность определения полного количественного состава исследуемой среды,
- дороговизна большинства экспериментальных работ,
Особенности применения биологических объектов для определения качества окружающей среды:
+ заключение о действии всего комплекса веществ, находящихся в среде обитания исследуемого объекта;
+ возможность проведения экспресс оценки на больших территориях;
+ возможность точного определения силы и характера повреждающих воздействий средовых факторов;
+ возможность определения экологической эффективности природоохранных, мелиорационных и рекультивационных мероприятий;
- не специфичность функциональных реакций живых существ,
- не возможность определения точной концентрации и наименования загрязнителя.
- недостаточное количество описанных тест-объектов и тест-функицй, для повсеместного применения методов биотестирования.
На основе выше отмеченных характеристик можно заключить, что биотестирование должно использоваться на первичном этапе исследований загрязненности окружающей среды, мониторинге ключевых территорий, при оценки эффективности природоохранных мероприятий.
Токсический эффект (toxic effect) - изменение любого показателя жизнедеятельности или функций организма под воздействием токсиканта. Зависит от особенностей яда, специфики метаболизма организма, факторов внешней среды (содержание кислорода, рН, температуры и др.).
Токсичность (toxicity) - cвойство химических веществ проявлять повреждающее или летальное действие на живые организмы. Вещество, оказывающее токсическое действие, называется токсикантом, а процесс воздействия токсиканта на организм - токсикацией (на экосистему - токсификацией). По Н.С.Строганову, количественно токсичность вещества для отдельного организма определяется как величина, обратная медианной летальной концентрации: Т = 1/LC50.
Лекция 2.
Тест-объект - организм, используемый при оценке токсичности химических веществ, природных и сточных вод, почв, донных отложений, кормов и др.
Оценка тест-объекта заключается в определении его скорости размножения и роста, численности, подвижности и др-х жизненных характеристик. В качестве тестируемых, как правило, выступают микроорганизмы, мелкие беспозвоночные, и растения. В большинстве случаев сосудистые растения и животные используются в качестве источников тест-признаков (биомаркеров). Важное условие правильного проведения биотестирования - использование генетически однородных лабораторных культур, прошедших проверку на чувствительность, содержащихся в стандартных лабораторных условиях, изучение совокупности живых существ известной таксономической принадлежности, качественно однородных и количественно соизмеримых.
При биотоксиметрии используют специфические критерии оценки, перечисленные ниже.
К тест-функциям, используемым в при биотестировании для различных объектов относятся:
- выживаемость (смертность) тест-организмов.
- плодовитость,
- появление аномальных отклонений в эмбриональном и постэмбриональном развитии организма,
- скорость роста,
- количественные и качественные характеристики генотипа и фенотипа.
Токсический эффект - изменение любого показателя жизнедеятельности или функций организма под воздействием токсиканта. Зависит от особенностей токсиканта, специфики метаболизма организма, факторов внешней среды.
Выделяют два вида токсического эффекта:
Острый эффект - выражается в скоротечной гибели отравленного организма или не жизнеспособности его потомства.
Хронический эффект - проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов и возникновения патологических состояний (токсикозов).
Толерантность - выносливость (устойчивость) организма к повреждающим воздействиям.
Диапазон толерантности - пределы колебаний концентраций токсических веществ, при которых не происходит нарушений функций организма.
Толерантный лимит (tolerance limit, TLm) - количественное выражение концентрации токсиканта, при которой гибнет или выживает 50% тест-организмов за 48 ч опыта.
Токсикорезистентность (toxin resistance)- сопротивляемость живых организмов к воздействию токсических веществ.
Токсобность (toxobity) - способность водных организмов существовать в токсической среде, сорбируя или используя определенное количество токсического вещества.
Токсикометрия (toxicometry) совокупность приемов оценки токсичности веществ.
Основными приемами токсикометрии являются установление минимально переносимой или пороговой (threshold concentration) концентрации (LC0), медианной летальной концентрации (LС50), или дозы (LD50), и зоны токсического действия (toxic effect limits) - диапазона токсических концентраций - от LC0 до абсолютно летальной (LC100).
Да, такие величины существуют. Это показатели острой токсичности NOEC, LC0,
LC50, LC100, устанавливаемые для "чистого" вещества при его лабораторном
исследовании. Показатели не имеет универсального значения и устанавливается для каждого тест-объекта индивидуально.
NOEC - no observed effect concentration - максимально недействующая концентрация вещества;
LC0 - минимальный порог чувствительности, при котором отмечаются специфические тест-реакции или смертность тест-объектов;
LC50 - cтандартная мера токсичности вещества, показывающая, какая концентрация вещества вызывает гибель 50% тест-организмов за установленное время (24, 48 или 96 ч)
LC100 - высший смертельный порог для всех животных или тест-культуры использованных в опыте. Биотестирование, как правило, используют до химического анализа, т.к. этот метод позволяет провести экспресс-оценку природной среды и выявить"горячие точки", указывающие на наиболее загрязненные участки акватории (территории, полигона). Биотестирование, как правило, используют до химического анализа, т.к. этот метод позволяет провести экспресс-оценку природной среды и выявить "горячие точки", указывающие на наиболее загрязненные участки акватории (территории, полигона).
ТЕМА 2.
Лекция 3.
Из всего многообразия исследовательской деятельности в рамках проектов по биологической индикации выделяются три основных направления деятельности:
Теоретические исследования;
Прикладные, опытно-проблемные исследования;
Системные, комплексные исследования.
Теоретико-исследовательские работы направлены на изучение литературы, подготовку докладов, статей, тематических конференций по проблемам экологии
Прикладные, опытно-исследовательские проводятся, как правило, в рамках индивидуальных работ по прикладной региональной, проблемной тематике.
Третий вид деятельности, включающий системные, комплексные исследования, вводятся в практику в последние годы. Он предполагает многоплановые программы. В рамках каждого проекта осуществляется контроль за состоянием отдельных тест-признаков, тест-организмов и тест процессами экологических сообществ. Такие исследования позволяют получить наиболее репрезентативные количественные данные, подлежащие многофакторному анализу, дают представление о величине повреждающего воздействия и восстановительном потенциале сообществ.
Исследовательская работа по экологии предполагает наличие нескольких основных этапов.
Этап 1. Подготовительный. Изучается литература по проблеме исследования. Проводится сбор предварительных данных об объекте изучения, подбираются методики и необходимое оборудование, составляются бланки учетной документации.
Этап 2. Экспериментальный.
В процессе лабораторных исследований, экспедиций, экологических практик, лагерей и других видов экологической деятельности проводятся наблюдения и эксперименты по заранее составленному и утвержденному плану работы.
Этап 3. Камеральный.
Осуществляется обработка образцов экспедиционных материалов, определяется видовой состав, создаются коллекции и гербарии, составляются таблицы, проводится математическая обработка результатов, создание графических образов и моделей.
Этап 4. Аналитический.
Проводится работа по выявлению причинно-следственных связей, закономерностей, экологических проблем, составляющих рекомендации и предложения.
Этап 5. Отчетный. Составляется отчет об исследовании по следующим разделам:
- актуальность темы
цели и задачи исследования,
литературный обзор
экспериментальная часть (описание методик, постановка эксперимента, использование и комментарий чертежей, диаграмм, таблиц, фотографий);
выводы и предложения по работе;
список используемой литературы.
Этап 6. Информационный.
На этом этапе выводы работы приводятся к научно-популярной форме. Делаются публичные доклады о социально значимых результатах, поводится диспут, печатаются статью в научной и публицистической литературе.
Лекция 4.
В программах биоиндикационных исследований есть два принципиально отличных подхода. Один представляет собой одномоментное наблюдение, срез показателей качества окружающей среды или ее объектов. Этот поход называется биодиагностикой. В противоположность ему существует мониторинг.
Мониторинг окружающей среды представляет собой комплексную, долгосрочную систему наблюдений, а также последовательных и (или) цикличных экспериментов. Эта система направлен ан оценку и прогноз изменений состояния биосферы и ее отдельных компонентов под влиянием антропогенных воздействий или находящихся на контрольных участках (территориях).
В зависимости от территории, охватываемой наблюдениями, мониторинг подразделяется на три уровня: глобальный, региональный и локальный. Главной задачей глобального мониторинга является слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере.
Региональный мониторинг включает в себя слежение за процессами и явлениями в пределах какого-либо региона, где эти процессы могут различаться по природному характеру, и по антропогенным воздействиям от базового фона, характерного для биосферы.
Локальный мониторинг – это слежение за естественными природными явлениями и антропогенными воздействиями на небольших территориях.
В зависимости от объекта наблюдения различают базовый (фоновый) и импактный мониторинг.
Целью базового мониторинга является слежение за общеизвестными явлениями в природной среде, не подверженной региональным антропогенным воздействиям. На глобальном уровне мониторинг проводится на территориях биосферных заповедников.
Импактный мониторинг – это мониторинг региональных и локальных антропогенных воздействий в особо опасных зонах, или территориях обладающих повышенной рекреационной, природоохранной, эстетической или иной ролью.
По методам ведения различают дистанционный и наземный (прямой).
Дистанционный мониторинг – это совокупность авиационных, космических методов наблюдения.
Наземный (прямой) мониторинг – осуществляется физико-химическими и биологическими методами исследования компонентов природной среды.
Современная наука отошла от принципа созерцательности и теперь любое исследование начинается постановкой и заканчивается проверкой «нулевой гипотезы».
«Нулевая гипотеза» - предположение о результатах намеченного исследования, основанная на анализе литературы, собственном опыте и анализе.
Лекция 5.
Любое исследование проводится только после четкого целеполагания и проистекающих их него задач индикационного исследования. В общем любая работа рассматриваемого направления имеет своей целью определение качества среды в районе исследования или в масштабе биосферы.
Частные задачи определяются личностными интересами исследователя, основной проблематикой разрабатываемого направления, или характером кризисной ситуации различного масштаба. К числу наиболее распространенных относятся:
- определить отношение сопряженных процессов или объектов, чье долевое участие является индикатором благополучия объекта исследования;
- определить морфологические параметры организма,
- определить жизненность и (или) способность в гомеостазу;
- определить динамические показатели и их основные детерминанты.
Биоиндикация как процесс сбора информации о качестве жизни на всех уровнях ее организации обладает широким спектром методических подходов. Все многообразие методов может быть сведено к различным типологическим категориям, справедливость и уместность введения которых определяется различной постановкой проблемы.
По месту проведения наблюдений, методы биоиндикации подразделяют на лабораторные и полевые. Несмотря на простоту приведенного деления, указание на один из типов позволяет со значительной долей уверенности предположить сущностный характер индикации и масштабность изучаемых явлений.
Так полевые исследования являются признанными способами изучения на популяционном, экосистемном и организменном уровне. Уникальность собираемых данных определяется сложностью взаимодействия биотических и абиотических компонентов окружающей среды. Проявление явлений синергизма, антагонизма и сопряженного действия факторов.
Лабораторные исследования подразумевают работу с объектами клеточно-молекулярного, тканевого, органного и организменного уровней. Объекты последнего, наблюдаются в лаборатории при осуществлении физиологических, анатомических и иных острых опытов. Морфологические и описательные работы проводятся в рамках полевых работ.
ТЕМА 3.
Лекция 6.
Основные параметры биоиндикации.
Выбор изучаемых параметров определяется целью и задачей исследования, характер их изучения. Однако существует базовый набор параметров, оценка которых является наиболее часто практикующейся.
Так при изучении качества среды на основе микроорганизмов и клеток регистрируется продолжительность их жизни, способность к окрашиванию, подвижность, интенсивность размножения.
Изучение на основании тест-организмов претерпела наиболее кардинальные и принципиальные изменения. На сегодняшний момент первостепенным объектом исследования является не организм как таковой, а тест-признаки. Правильность такой перемены обусловлена восстребованностью оценки параметров и свойств четко регистрирующих изменения в среде и не скомпенсированных гомеостатическими механизмами и ошибкой комплексного усреднения. Традиционными параметрами являются: линейные размеры тела, его масса, продолжительность жизни, наличие проявлений старческих черт (физиологические параметры, наличие и развитие вторичной кроны и т.п.). К числу тест-признаков относятся флуктуирущие признаки морфологического и анатомического характера. Принципиально важным является регистрация и анализ именно флуктуирующих признаков, а не проявлений функциональной или генетическидетерминированной ассиметрии (ассиметрия нижней челюсти млекопитающих, глоточных зубов некоторых видов рыб и т.д.). Выяснения флуктуционного характера признака –
тема отдельного, но обязательно исследования.
Наиболее распространенными параметрами являются показатели популяционного уровня. В этом разделе биоиндикация расширяет спектр своих задач и оценивает на только степень нарушенности под влиянием антропогенных факторов, но и выступает в качестве маркирующего агента определенных динамических свойств экологических объектов организменного и надорганизменного уровней. Такими параметрами являются показатели встречаемости, плотности, численности видов, сравнительная оценка репродуктивного потенциала и реальной интенсивности процесса размножения, соотношение возрастных групп, полов, возраст наступления половой зрелости, степень акселерации, возраст смерти, уровень агрессивности, показатели целостности ареала, наличие и доля особей фенодевиантов.
Лекция 7.
Параметрами экосистемного уровня являются:
Обменные процессы: скорость эмиссии летучих веществ, интенсивность их образования, скорость биогенной циркуляции, скорость прохождения элементами отдельных этапов биоцикла.
Параметры биоразнообразия: альфа-разнообразие, бета-разнообраие, гамма-разнообразие.
Альфа-разнообразие – показывает разнокачественность, разнообразия локальных сообществ.
Бета-разнообразие – характеризует степень различий или сходства ряда местообитаний или выборок с точки зрения их видового состава, а иногда и обилия видов.
Гамма-разнообразие – относится к более крупным пространственным единицам типа острова или ландшафта по сравнению с бета-разнообразием. Затем, если гамма-разнообразие определяется как общее разнообразие группы участков, то эпсилон-разнообразие, или региональное разнообразие, – общее разнообразие группы территорий гамма-разнообразия, которое относится к крупным биогеографическим областям.
Несмотря на сложность понятия разнообразие его оценивание можно свести к регистрации и анализу двух конпонент:
- видового богатства, т.е. число видов на площадь, на выборку, число видов на константное число особей или плотность (нумерологическое разнообразие), абсолютное число видов системе;
- относительной выравненности видов.
Устойчивость сообществ и уровень развития их гомеостатических механизмов описывается:
- продуктивностью;
- пространственная неоднородностью;
- степенью многокомпонентности;
- возрастом сообщества: эволюционным временем;
- градиентом видового богатства;
- фазой сукцессии (каскадный эффект).
ТЕМА 4.
Лекция 8.
Особенность изучения биоиндикационных закономерностей на уровне организма заключается в специфичности исследовательских программ этого уровня.
Основные факторы уникальности:
- высокая роль индивидуальных различий в реакции на факторы окружающей среды;
- потребность в высоко репрезентативных выборках;
- «эффект рук», заключающийся большой индивидуальной ошибке инструментальных или глазомерных измерений;
- повышенные требования к однородности выборки;
- возможность определения индикаторных параметров по тест-функциям.
Жизненная функция или критерий токсичности (toxicity criterion), используемые в биотестировании для характеристики отклика тест-объекта на повреждающее действие среды.
Тест-функции, используемые в качестве показателей биотестирования для различных объектов:
для инфузорий, ракообразных, эмбриональных стадий моллюсков, рыб, насекомых - выживаемость (смертность) тест-организмов.
для ракообразных, рыб, моллюсков - плодовитость, появление аномальных отклонений в раннем эмбриональном развитии организма, степень синхронности дробления яйцеклеток.
для культур одноклеточных водорослей и инфузорий - гибель клеток, изменение (прирост или убыль) численности клеток в культуре, коэффициент деления клеток, средняя скорость роста, суточный прирост культуры.
для растений - энергия прорастания семян, длина первичного корня и т.д.
Параметры органной организации стали активно внедрятся в индикационные работы после описания метода морфо-физиологических показателей (индикаторов) Шварца.
Метод предусматривал вынесение заключения об успехе функционирования организма по результатам сравнительного описания и оценки весо-размерных показателей удельных масс органов, а также соотношения их масс. В настоящее время это метод применятся в меньшем объеме вследствии его противоречия нормам научной этики.
Лекция 9.
Наиболее часто биотестированию подвергаются водные организмы. Их использование обусловлено значительной гомогенностью среды и выраженностью токсического эффекта. Четкая стартификация водных обитателей по градиенту глубины и их приуроченность к различно аэрируемым и циркулирующим зонам водной массы позволяет делать в значительной степени точные оценки о видах нарушенности сообщества и видах поллютантов.
Токсичность водной среды (toxicity of water environment) - токсичность воды и донных отложений для гидробионтов, возникающая вследствие появления в ней токсических веществ природного или антропогенного происхождения (ксенобиотиков), загрязнения сточными водами, токсическими атмосферными осадками и пр. При возникновении токсичности водной среды вода из среды, поддерживающей жизнь, становится средой, губительной для жизни. Степень токсичности водной среды оценивается методами биотестирования, а также по превышению ПДК (предельно допустимых концентраций). Острая токсичность выражается в гибели отравленного организма за короткие промежуток времени - от нескольких секунд до 48 ч. Хроническая токсичность среды проявляется через некоторое время в виде нарушений жизненных функций организмов и возникновения патологических состояний (токсикозов). У водных организмов хроническая токсичность выражается в гонадотропном и эмбриотропном действии токсиканта, что приводит к нарушению плодовитости (продуктивности), эмбриогенеза и постэмбрионального развития, возникновению уродств (мутаций) в потомстве, сокращению продолжительности жизни, появлению "карликовых" форм. Интегральная токсичность (integral toxicity), по определению Л.П.Брагинского, токсичность сложных смесей, сточных вод, многокомпонентных факторов для водных организмов. Количественно интегральная токсичность определяется как величина, обратная максимальному разведению (1:2, 1:5, 1:10, 1:50, 1:100 и т.д.), при котором не наблюдается каких-либо нарушений жизненно важных функций тест-организмов при 24-48 часовом биотестировании. Выражается в баллах токсичности (БТи) целыми числами (2, 5, 10, 50, 100 и т.д.) соответственно величинам разведения. Баллы токсичности могут быть четко ранжированы и позволяют выстраивать ряд исследуемых веществ или вод по снижению (повышению) уровня их токсичности. Толерантный лимит (tolerance limit, TLm) - количественное выражение концентрации токсиканта, при которой гибнет или выживает 50% тест-организмов за 48 ч опыта.
Лекция 9.
После установления необходимости перехода к использованию тест-признаков организмов интенсивное развитие и, в последствии, применение нашел подход, оценивающий уровень флуктуирующей ассиметрии.
Теоретическая основа метода состоит в том, что билатерально симметричные особи в своем развитии стремятся к проявлению принципа зеркальной симметрии органов и тканей. Однако последних стадиях пренатального и первых стадиях постнатального развития организма, под действием стрессирующих (повреждающих) факторов окружающей среды, реализация программы наследственной информации нарушается и, как следствие, происходит развитие ассиметричных признаков.
Особенностью изложенного метода является его системность и интегральный характер получаемой оценки. Это достигается методически прописанной необходимость проведения сопряженной во времени оценки у представителей разных экологических и таксономических групп (членистоногих, земноводных, рептилий, рыб, млекопитающих, растений).
Применение метода ограниченно для насекомых имеющих сложный цикл развития. Это обстоятельство не позволяет делать вывод о времени воздействия и норме реакции на поллютант, т.к. в этом случае имеет место аккумулирующий эффект.
Положительной чертой метода является получение бальной оценки качества среды. Первый балл маркирует сообщества с наименьшим нарушением, т.е. повышенным качеством среды обитания, а пятый балл – с наименьшим качеством. Ассиметричные признаки обязательно должны подлежать проверке на флуктуирующий характер ассиметричных проявлений. Оценивание производится по индексу среднего количество ассиметричных признаков особи и частоты проявления ассиметричных черт особей генеральной или выборочной совокупностей.
Противоречия и ограничения метода:
- неочевидность флуктуирующего характера большинства признаков;
- невозможность использовать насекомых со сложным циклом развития (в некоторых ценозах их число доля значительны);
- оценка средней учитывает девианты вариационного ряда, что отрицательно отражается на точности итоговых оценок;
- проверка различий показателей разных стационаров по критерию Стьюдента возможна лишь при логарифмическом распределении учетных данных;
- комплексность оценивания может стать причиной ошибки в случае влияния климатических факторов значительно отражающихся на ассиметрии некоторых объектов оценки.
Лекция 10.
Большинство известных методов биоиндикации подразумевают получение количественных данных для последующего сравнения с нормальными значениями исследуемых закономерностей. Эти цифры получаются в результате изучения организмов выращенных в лабораторных условиях, на контрольных участках или условно чистых территориях.
Несмотря на общность описанной идеи, есть целая группа морфометрических методов оценивающих степень различия показателей успешности индивидуального развития.
К числу таких методов относится метод весо-ростовых индикаторов. Он подразумевает, что в условиях отличных от естественных организм получает избыток рост активирующих веществ, или испытывает действие ингибиторов.
Ход работ по методам описываемой группы предусматривает:
- проведение измерений морфометрических показателей пластической и метрической природы;
- вычисление параметров удельного объекта исследования;
- поведение выше описанных действий на контрольной территории (над контрольной группой животных);
- сравнение полученных значений методами вариационной статистики.
Обязательными требованиями по сбору материалов являются:
- сбор материала идентичными способами;
- сбор материала однородного по возрастному и половому составу;
- сбор материала, подверженному соизмеримой напряженности факторов (на одной высоте от земли, с одинаковыми условиями экспозиции и т.д.);
- поведение оценки, по минимум, семи признакам у одной особи. На этапе анализа это позволит выявить общность знака и размерности реакции на комплекс средовых факторов с помощью статистического критерия знаков.
Обработка выборочной совокупности должна проводиться одним исследователем, гостовскими измерительными приборами, причем материал должен иметь одинаковые характеристики, значимые для измерения:
- одинаковый срок с момента сбора (умерщвления),
- одинаковые условиях хранения,
- одинаковые возрастные особенности,
- однородности имеет обитания (произрастания).
Наибольше распространение получили морфо-весовые методы по определению размеров, площади, массы листовой пластинки древесных растений.
ТЕМА 5.
Лекция 10.
Изучение популяционной экологии давно стало частью методического аппарата биологической индикации. Этому способствовало несколько оптимизирующих факторов:
- структуры популяции являются доказанными показателями устойчивости и депрессивности популяции,
- учитываемые показатели являются дискретными, что исключает субъективность оценивания и повышает точность результатов.
- существует четко разработанная теоретическая основа динамики популяционных состояний при различной напряженности средовых факторов, «сопротивления среды», а также фаз популяционного цикла.
Особенностями сбора информации является сложность выбора ключевого параметра и способа оценивания характеристик. Выбор этих параметров обусловлен не только целями и задачами исследования, но и
- локальными физико-географическими и ландшафтными особенностями района исследования,
- видоспецифичными закономерностями жизненного цикла,
- характера использования пространства,
- базовыми параметрами экологической ниши.
Основными параметрами оценки при биоиндикации на популяционном уровне являются:
- численность,
- показатели обилия,
- генетическая структура,
- пространственная структура,
- функциональная структура,
- иерархическая структура.