Морфологические изменения у растений и животных под действием антропогенных стрессоров

Экологические основы биоиндикации

При изучении темы необходимо рассмотреть понятия: физиологический диапазон толерантности (значения интенсивности, при которых фактор остаётся для организма переносимым), физиологический пессимум (значения интенсивности, в которых фактор неблагоприятно действует на организм, но ещё не летален), физиологический оптимум (область интенсивности особо благоприятная для организма). При широкой амплитуде устойчивости организмы называются эврипотентными, при узкой — стенопотентными. Фактическую реакцию организма при воздействии всех факторов отражают экологические диапазоны присутствия (экологические потенции). Физиологическая толерантность и экологическая потенция организма определяет его индикаторную ценность. Метод оценки абиотических и биотических факторов местообитания при помощи биологических систем называют биоиндикацией. Биоиндикаторами называют сообщества или организмы, жизненные функции которых так тесно связаны с определенными факторами среды, что могут применяться для их оценки. Существуют следующие формы биоиндикации: специфическая и неспецифическая, прямая и косвенная, первичная и вторичная, ранняя. Аккумулятивные биоиндикаторы накапливают антропогенные воздействия. В зависимости от времени развития биоиндикационных реакций выделяют шесть типов чувствительности. Следует изучить понятие "стресс" и факторы, вызывающие стресс (стрессоры).

Закономерности биоиндикации на различных уровнях организации живой материи.

При изучении темы необходимо рассмотреть различные уровни организации живого: макромолекулярный, клеточный, органный, организменный, популяционный, биоценотический. В соответствии с организационными уровнями биологических систем выделяют различные уровни биоиндикации: 1) биохимические и физиологические реакции; 2) анатомические, морфологические, биоритмические и поведенческие отклонения; 3) флористические, фаунистические и хорологические изменения; 4) ценотические изменения; 5) биогеоценотические изменения; 6) изменения ландшафтов. Основными методами биоиндикации являются пассивный мониторинг (у свободно живущих организмов исследуются повреждения и отклонения от нормы, являющиеся признаками стрессового воздействия) и активный мониторинг, при котором исследуются реакции на стрессоры у организмов, находящихся в стандартизованных условиях на исследуемой территории. Зависимость между дозой и воздействием какого-либо отдельного стрессора может быть выявлена только в физиологическом лабораторном эксперименте при неизменности всех прочих факторов (биотест).

Биохимические и физиологические реакции на антропогенные стрессоры

Прежде всегоследует остановиться на общих принципах обмена веществ: 1) обмен веществ привязан к субклеточным, надмолекулярным и молекулярным структурам; 2) организован по типу функциональной и структурной иерархии (соподчинения); 3) высокоэкономичен; 4) способен к саморегуляции. Задачи обмена веществ можно суммировать следующим образом: 1) поставка энергии в форме богатых энергией соединений, необходимых для протекания реакций; 2) поставка восстановительных эквивалентов для реакций биосинтеза; 3) биосинтез макромолекул для выполнения различных функций.

Реакции, обусловленные стрессорами, относятся к различным уровням организации обмена веществ. При этом затрагиваются: 1) организация структура и состав биомембран (например, изменяется проницаемость); 2) концентрация макромолекул (например, изменяется количество ферментов); 3) активность макромолекул (например, ферментативная); 4) продуцирование веществ с защитными функциями (например, пролина); 5) возникновение новых метаболических систем или изменение хода биохимических реакций; 6) изменение структуры клеток.

Морфологические изменения у растений и животных под действием антропогенных стрессоров

Морфологические изменения растений играют важную роль в биоиндикации антропогенных стрессоров. В ряде стран морфологические индикаторы используются в национальной системе мониторинга. С помощью методов биоиндикации, основанных на морфологии растений, получена бóльшая часть картосхем антропогенного влияния.

Следует рассмотреть наблюдаемые микро- и макроскопические изменения. К макроскопическим изменениям относятся изменения окраски листьев (хлороз - бледная окраска листьев между жилками, пожелтение, побронзовение, побурение и др.), некрозы (отмирание ограниченных участков ткани), опадание листвы (дефолиация), изменения размеров органов, изменения формы, количества и положения органов, изменения направления, формы роста и ветвления, изменения прироста, изменения плодовитости. К микроскопическим изменениям относят изменения размеров клетки, изменения субклеточных структур, плазмолиз (отслаивание плазмы от клеточной стенки), изменение степени ксероморфизма листьев (появляются признаки растений, устойчивых к недостатку влаги), изменение структуры древесины. Микроскопические методы мало пригодны для ранней и специфической биоиндикации, но могут способствовать пониманию процессов некротизации и других явлений.

Необходимо изучить примеры используемых на практике тест-растений и методов морфологической биоиндикации. Табак BEL W3 используется для мониторинга озона. На листовых пластинках образуются некротические пятна серебристого цвета. Кресс-салат является тест-объектом для оценки загрязнений почвы и воздуха. При наличии вредных веществ снижаются процент всхожести и рост зародышевых корешков. Липы применяются в качестве индикаторов соли, используемой для таяния льда на улицах. На листьях появляются ярко-желтые краевые зоны, затем край листа отмирает, а желтая зона продвигается к середине и к основанию листа. У поврежденных дымом сосен возникают некрозы хвои, и уменьшается продолжительность ее жизни. Для биоиндикации применяются также измерения прироста хвойных пород, кустарничков, разнотравья и злаков.

Антропогенных стрессоры воздействуют на анатомические и морфологические структуры животных. Существуют три формы анатомо-морфологических реакций на антропогенные стрессоры у животных: 1) изменения размеров тела, а также отдельных его частей (длины, ширины, массы, пропорций и др.); 2) изменения микроскульптуры поверхности тела или отдельных его областей; 3) изменение окраски тела или отдельных его частей.