БИОИНДИКАЦИЯ НА РАЗНЫХ УРОВНЯХ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
Слайд 1,2,3
Биоиндикация может осуществляться на всех уровнях организации |живого: биологических макромолекул, клеток, тканей и органов, организмов, популяций (пространственная группировка особей одного вида), сообществ, экосистем и биосферы в целом. Признание этого факта - достижение современной теории биоиндикации.
На низших уровнях биоиндикации возможны прямые и специфические формы биоиндикации, на высших - лишь косвенные и неспецифические. Однако именно последние дают комплексную оценку влияния антропогенных воздействий на природу в целом.
Слайд 4,5,6,7
Клеточный и субклеточный уровни
Биоиндикация на этих уровнях основана на узких пределах протекания биотических и физиологических реакций. Ее достоинства заключаются в высокой чувствительности к нарушениям, позволяющим выявить даже незначительные концентрации поллютантов (загрязняющих веществ) и выявить их быстро. Именно на этих уровнях возможно наиболее раннее выявление нарушений среды. К числу недостатков относится то, что биоиндикаторы-клетки и молекулы требуют сложной аппаратуры.
|
|
Результаты действия поллютантов следующие:
• нарушение биомембран (особенно их проницаемости);
• изменение концентрации и активности макромолекул (ферменты, белки, аминокислоты, жиры, углеводы, АТФ);
• аккумуляция вредных веществ;
• нарушение физиологических процессов в клетке;
• изменение размеров клеток.
Чтобы разработать тот или иной способ биоиндикации на этом уровненеобходимо выяснить механизмы действия поллютантов.
Влияние загрязнителей на биомембраны (на примере клеток растений)
1. Сернистый газ. SO2 проникает в лист через устьица, попадает в межклеточное пространство, растворяется в воде с образованием ионов, разрушающих клеточную мембрану. В итоге снижается буферная емкость цитоплазмы клетки, изменяются ее кислотность и редокс-потенциал.
2. Озон и другие окислители, например, пероксиацетилнитрата. Нарушают проницаемость мембран. Этот эффект усугубляется в присутствии ионов тяжелых металлов.
Во всех случаях особенно сильно страдают мембраны хлоропластов тилакоидные. Их разрушение – основная причина снижения фотосинтезе при воздействии поллютантов. Процесс фотосинтеза как очень чувствительный служит для биоиндикации загрязнения среды. При этом оценивают: 1) интенсивность фотосинтеза, 2) флуоресценцию хлорофилла. В качестве тест-организма часто используют мох мниум.
Слайд 8
Изменение концентрации и активности макромолекул
Ферменты. Действие поллютантов на ферменты нарушает процесс нормального присоединения фермента к субстрату (С-Ф). Это может происходить тремя различными способами:
|
|
1) к ферменту вместо субстрата присоединяется загрязнитель-ингибитор с образованием комплекса Ф-И (отравление СО);
2) загрязнитель ингибирует фермент, расщепляя его связь с субстратом;
3) присоединяясь к субстрату вместе с ферментом, загрязнитель ингибирует его.
В клетках растений под действием различных нарушений накапливается определенные защитные вещества. Биоиндикация связана с определением концентрации этих веществ в растениях:
• пролин - аминокислота, считающаяся индикатором стресса. Ее концентрация возрастала в листьях тиса вблизи дорог с интенсивным движением транспорта, в листьях каштана при засолении почвы;
• аланин - аминокислота, накапливалась в клетках водоросли требоуксии, сосны и кукурузы при загрязнении;
• пероксидаза и супероксиддисмутаза. При воздействии стрессоров образуются токсичные перекиси, которые пероксидаза обезвреживает. Например, SО2 вызывает увеличение активности пероксидазы и появление изоферментов супероксиддисмутазы, что можно выявить с помощью гель-электрофореза.
Слайд 9,10
Пигменты. При загрязнении в клетках растений происходят следующие изменения пигментов:
• уменьшается содержание хлорофилла. Этапы его разрушения (феофетин, феофорбиды, распад пирольного» кольца);
• понижается отношение хлорофилл а / хлорофилл б. Отмечается, в частности, у ели при хроническом задымлении SO2;
• замедляется флуоресценция хлорофилла.
При биоиндикации все эти изменения фиксируют с помощью приборов: хроматографа, спектрофотометра и флюориметра.
Аденозинтрифосфорная кислота. Содержание АТФ - универсального источника энергии в клетке - важный показатель ее жизнеспособности.
Белки. При загрязнении в клетках уменьшается концентрация растворимых белков.