Биоиндикация качества наземных экосистем

• Биоиндикация качества наземных экосистем

• Биоиндикационные методы оценки качества в наземных экосистемах. • Биоиндикация с помощью высших растений. • Лихнетоиндикация

• • Биоиндикация вредных веществ в воздухе основана только на их проникновении в живые организмы. Слишком высокое или низкое содержание обычных составных частей может приводить к замедлению или остановке определенных процессов метаболизма, а наличие в воздухе токсических веществ быстро вызывает биохимические и физиологические нарушения на разных уровнях.

• От загрязнения воздуха страдают биологические системы разного происхождения. • Но, следует иметь в виду, что животные и человек адаптированы к постоянному содержанию в воздухе кислорода, в то время как растения с их ассимиляционным аппаратом приспособлены к значительно более низким концентрациям в атмосфере СО 2, и поэтому более чувствительны к концентрациям вредных веществ в воздухе.

• Растения отрицательно реагируют на наличие в воздухе даже в малых дозах токсических веществ. • Они гораздо сильнее поражаются загрязненным воздухом и сильнее реагируют на те концентрации вредных веществ, которые у людей и животных не оставляют видимых явлений отравлений.

• По этой причине растениям придается особое значение как биоиндикаторам атмосферного загрязнения.

Морфологические изменения растений, используемые в биоиндикации • 1. Изменения 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. • Листья как бы пропитаны водой (как при морозных повреждениях). Возникает под действием ряда окислителей, например, пероксиацетилнитрата.

• 2. Некрозы – отмирание участков ткани листа, их форма иногда специфична. • Точечные и пятнистые. Серебристые пятна на листьях табака сорта Bel W 3 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), которой зимой посыпают городские улицы для таяния льда.

• «Рыбий скелет» – сочетание межжилковых и краевых некрозов. • Верхушечные некрозы. У однодольных покрытосеменных 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. Изменения 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. Изменения формы, количества и положения органов. Аномальную форму листьев отмечали после радиоактивного 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 (HCl, SO 2).

• 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. Измеряют радиальный прирост стволов, прирост в длину побегов и листьев, корней, диаметр таллома лишайника.

• Высшие растения очень различаются по чувствительности к разнообразным загрязнителям воздуха

Чувствительность некоторых древесных пород к длительному загрязнению воздуха Виды Ель обыкновенная +++ Ч Ч 4 ч ч 4 4 4 Сосна обыкновенная 4 4 4 44 +++ Пихта белая +4 4 ч н Сосна Веймутова +ч ч + Лиственница европейская 4 4 ч ч ++ 4 ч Граб обыкновенный ++ +++ Ч +Ч Липа мелколистная ++ ч ч +++ Рябина обыкновенная ч ч Береза повислая 4+ + Береза пушистая 44 ++ Вяз шершавый + 4 4 • 4 4

Осина дрожащая 4 + Сирень обыкновенная + + Роза собачья (шиповник) + + Дуб черешчатый Клен ясенелистный + 4 Бузина черная Бузина красная Бересклет европейский • 44 Слива садовая 4 н Лещина обыкновенная ч ч Яблоня домашняя ++ Каштан конский • 4 « » - нечувствительные, «+» малочувствительные, «+ч » чувствитель ные, «ч ч ч » очень чувствительные, « • » реакция недостаточно изучена.

Компоненты загрязнения Важнейшие древесные породы Сельскохозяйственные и декоративные растения Диоксид серы Ель европейская Пшеница, ячмень, гречиха Пихта европейская Люцерна, горох Сосна обыкновенная Клевер, хлопчатник Ясень американский Фиалка Ель европейская Виноград, абрикос, петрушка Пихта европейская Гладиолус, ландыш Сосна обыкновенная Тюльпан, нарцисс Орех грецкий Рододендрон Граб обыкновенный Сельдерей Липа сердцевидная Махорка Ель европейская Фасоль обыкновенная Пихта кавказская Шпинат, редис Литсвенница европейская Смородина Ольха клейкая Клубника Фтористый ангидрид Аммиак Хлористый водород Лещина обыкновенная Озон Сосна Веймутова Табак, картофель, соя Томаты, цитрусовые Тяжелые металлы Тсуга канадская Овсяница Вяз гладкий Орхидеи Боярышник обыкновенный Бромелиевые

Основные критерии для определения степени деградации зеленых насаждений города Причины, вызывающие деградацию растительных экосистем городов Биогенные (болезни, вредители) Рис. 2. Схема основных факторов, влияющих на индикационные качества состояния зеленых насаждений города Дефолиация кроны Природные (ветровалы, эрозии и т. д. ) Наличие или отсутствие подроста Мощность подстилки Наличие большого количества синантропных видов Замусореннос ть зоны зеленых насаждений Наличие химического загрязнения Наличие автотранспорт ных магистралей и предприятий Комплексные Антропоге нные (химическ ие, механиче ские, рекреаци онные)

• Для оценки и прогноза состояния древостоя необходима ранняя диагностика нарушения жизнедеятельности древесных растений, подвергнутых воздействию газовых токсикантов. •

• В первую очередь повреждения проявляются на физиолого биохимическом уровне, затем распространяются на ультраструктурный и клеточный уровни и лишь, после этого развиваются видимые признаки повреждения – хлорозы и некрозы хвои, опадание листьев, торможение роста.

Цветковые растения • Биоиндикаторами загрязнения воздуха фтористым водородам (HF) являются гладиолус, тюльпан, касатик, петрушка кудрявая. Основные симптомы при повреждении – некрозы верхушек и краев листьев, накопление фтора в сухом веществе.

• Биоиндикаторами на озон (O 3) – табак, шпинат, виноград. Основные симптомы – некротические пятна на верхней стороне листа, некроз верхней стороны листьев. • На двуокись серы (SO 2) реагируют люцерна, гречиха, подорожник большой, горох, клевер инкарнатный. Симптомы – межжилковые некрозы и хлорозы.

• Двуокись азота (NO 2): шпинат, махорка, сельдерей. Симптомы – межжилковый некроз. • Хлор (Cl 2): шпинат, фасоль, салат. Симптомы – побледнение листьев, деформация хлоропластов.

• Сочетание вредных веществ в воздухе: выводковые почки (уменьшение прироста клеток), листоватые и кустистые лишайники (снижение содержания хлорофилла a и b, уменьшение содержания живых клеток водорослей), пихта, сосна (снижение содержания хлорофилла a и b, уменьшение возраста иглы и задержка роста).

В связи с этим в системе мониторинга выделяют фитоиндикацию как один из методов оценки качества окружающей среды. Методы фитоиндикации отличаются высокой чувствительностью. Они позволяют: - регистрировать загрязнения воздуха в 3 -5 раз ниже санитарногигиенических ПДК; - практически без физико-химических анализов проб воздуха или с их ограниченным количеством определять уровни загрязнения воздуха на обширных территориях; - определять степень и опасность воздействия загрязнителей на экосистемы; - изучать характер антропогенной дигрессии компонентов экосистем;

выявлять относительную роль отдельных крупных источников эмиссий и экологическую опасность отдельных ингредиентов в суммарном загрязнении среды и их влияние на экосистемы; - определять допустимые или критические нагрузки загрязнителей для био-ты, разрабатывать экологические нормативы антропогенных воздействий на экосистемы; - - давать научную основу для прогноза развития экологической ситуации в регионе и для разработки мероприятий по улучшению состояния окружающей среды.

• фитоиндикацию следует рассматривать в качестве одного из методов биоиндикации, при котором в качестве индикатора применяются исключительно растительные объекты (отдельные виды растений или их структурные части, синузиальные структуры, а также более сложные сообщества растений — фитоценозы).

• Использование растений для указанных целей не случайно: ведь загрязнение воздушной среды прежде всего отражается на растительном покрове, так как растения осуществляют в десятки раз интенсивнее газообмен по сравнению с человеком и животными и обладают более высокой чувствительностью и стабильностью ответной реакции на воздействие внешних факторов

• Практика фитоиндикационных исследований загрязнения окружающей среды показала, что в данном качестве могут выступать как высшие, так и низшие формы растений. Однако оказалось, что в наибольшей мере чувствительны к атмосферному загрязнению низшие споровые формы — лишайники и мохообразные

Среди растений выделяют: • 1 - биоиндикаторы с высокой чувствительностью к поллютантам, • 2 - биоиндикаторы-накопители

Первая группа биоиндикаторов позволяет оценивать суммарную техногенную нагрузку на атмосферный воздух и почвы, вторая загрязнение окружающей среды определенным токсикантом. Высокая концентрация предприятий химической, энергетической, топливной промышленностей, является причиной повышенного загрязнения окружающей среды. Это характерно для многих крупных промышленных центров.

Основные питательные вещества, необходимые растениям – это азот (N), фосфор (Р), калий (К) и магний (Mg).

Признаки недостатка азота сильное пожелтение листьев. Азот входит в состав сложных соединений, из которых строится белок - основа живой материи. Азот также входит в состав хлорофилла, играющего важную роль в фотосинтезе растений. Азот особенно необходим листьям, при недостатке азота листья становятся бледно-зелеными, рост растений задерживается, листья мельчают. Избыток азота - листья становятся темно-зелеными, цветение (и созревание плодов у лимона, апельсина и др. ) задерживается. Для питания растений азотом применяют азотные минеральные удобрения (аммиачная селитра, сульфат аммония) и органические удобрения (навоз или навозная жижа).

Признаки недостатка фосфора - на листьях появляются бурые пятна. Фосфор входит в состав так называемых нуклеопротеидов - главной составной части клеточного ядра. К фосфорным минеральным удобрениям относятся суперфосфат, фосфоритная мука и др. При недостатке фосфора - листья становятся темнозеленого цвета, приобретают несколько голубоватый оттенок, появляются бурые пятна, которые постепенно захватывают весь лист. Рост побегов и корней сильно замедляется, новые листья мелкие, задержка цветения. При избытке - растение усиленно растет.

Признаки недостатка калия - края листьев желтеют или буреют. - Калий помогает растению усваивать углекислоту из воздуха. К калийным минеральным удобрениям относятся хлористый калий, сернокислый калий, 40%-ная калийная соль и др. Калий особенно необходим цветкам, при недостатке калия цветки не образуются либо они очень мелкие.

При недостатке фосфора и калия листья желтеют с краев и начинают постепенно опадать, рост растений резко задерживается. Характерный признак калийного голодания светлая каемка по всей поверхности листа. Кроме того, при недостатке калия растения легче подвергаются грибным заболеваниям.

Сера необходима для нормального роста и развития растения Специальных серных удобрений в почву не вносят, так как сера содержится как в навозе, так и в суперфосфате, которые вносят в почву. При недостатке серы листья становятся светлыми, приостанавливается рост и развитие растения.

Кальций также очень необходим для растений. Если в растворе много магния и мало кальция, то магний вредит растению. Недостаток кальция ослабляет рост корней, верхушки стеблей и молодые листочки отмирают. Особенно кальций необходим для кактусов имеющих большие или множественные колючки.

Магний входит в состав хлорофилла. При недостатке магния листья бледнеют, возможен мезжилковый хлороз, цветение задерживается, замедляется рост растения. Магний получают из органических удобрений. При недостатке железа приостанавливается образование хлорофилла, листья становятся светло-желтыми (хлороз).

Микроэлементы в организме растений содержаться в гораздо меньшем количестве, но также важны для правильного роста и развития растений. Бор необходим растениям для нормальной жизнедеятельности точек роста, т. е. самых молодых частей растения. При недостатке бора отмирание верхушечных почек и их загнивание, а молодые растения погибают.

Марганец повышает у растений ассимиляцию углекислоты, т. е. играет большую роль в фотосинтезе. При недостатке марганца растения мало облиственные. При недостатке меди останавливается рост растений, теряется тургор, растение увядает. Медь участвует в окислительновосстановительных процессах в растениях, повышает устойчивость растений к грибным заболеваниям. При недостатке меди на листьях появляются белые пятна. Но избыток меди также чрезвычайно вреден для растения

При недостатке молибдена на листьях появляются пятна, края листьев закручиваются, цветы опадают.

• Зеленым растениям свойственно накопление определенных химических элементов, при этом они изменяют окраску листьев, цветков и плодов. Это иногда служит индикаторным признаком при поисках полезных ископаемых. • Например, береза и осина в Восточной Сибири накапливают в древесине значительные количества бария и стронция. что приводит к появлению необычной окраски – неестественно зеленого цвета. • Сон трава на южном Урале аккумулирует никель, поэтому ее околоцветник вместо фиолетового цвета становится белым, что указывает на высокие концентрации никеля в почве. •

• В ареале рассеяния урановых месторождений лепестки Иван чая вместо розовых становятся белыми и ярко пурпурными, у голубики плоды вместо синих становятся белыми. • Некоторые растения обладают выраженной способностью поглощать и накапливать свинец (выхлопные газы автомобилей) в своих листьях: каштан конский, клен остролистный, тополь пирамидальный, липа крупнолистная, береза пушистая, карагана древовидная, а из трав – особенно одуванчик

• Изменение окраски листьев представляет собой в большинстве случаев неспецифическую реакцию на различные стрессоры.

• При определении морфологических изменений желательно иметь некоторый опыт, чтобы не путать симптомы повреждений и уметь правильно оценивать воздействие климата, почвы, стадии развития и времени года. Некоторые естественные факторы могут вызвать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Поэтому при работе с биоиндикаторами необходимо считаться с возможностью присутствия вредителей, а также учитывать предыдущие погодные условия.

• Внутренние факторы тоже затрудняют оценку изменений у растений. Наблюдается различная чувствительность: на различных возрастных стадиях у органов различного возраста в различное время дня и года у различных особей генетически неоднородных популяций при различной предрасположенности

Признаки поражения растений токсикантами • • • некроз края листьев побурение листьев и хвои уродливые формы листьев скручивание засыхание

• Часть соединений оседает на листьях, задерживается в тканях. Повышенное содержание свинца в растениях и на почве на расстоянии 50 м в сторону от автодорог • Хвоя в области аэропорта может содержать свинца в 8 -10 раз больше обычного.

• Хлороз бледная окраска листьев между жилками • Покраснение накопление антоциана в виде пятен на листьях • Побурение или побронзовение у лиственных деревьев часто начальная стадия тяжелых некротических повреждений

Хлороз

• Некрозы — отмирание ограниченных участков ткани — важные симптомы повреждений при индикации, иногда довольно специфичные.

Некроз

Биоиндикация в наземно-воздушной среде с помощью растений • Фитоиндикация – использование растений для оценки качества среды. Поскольку наибольший эффект дает использование растительных сообществ, то это направление получило специальное название – индикационная геоботаника.

• Индикатом называют определяемое свойство или фактор среды, а индикатором – вид растений, с помощью которого определяют свойство среды.

• Индикация свойств почв: • оглеенность – черника, таволга вязолистная, вербейник обыкно венный; • запас питательных элементов в почве (трофность): • олиготрофы (сфагновые мхи и лишайники; из цветковых – виды с микоризой: черника, брусника, вереск, клюква, багульник; растения песчаных почв: кошачья лапка, ястребинка волосистая); • мезотрофы (зеленые мхи, земляника, грушанка, вероника дубравная, иван да марья, душица); • эвтрофы (мох мниум, папоротник страусово перо, малина, таволга вязолистная, крапива двудомная, иван чай, медуница);

• кислотность (р. H) почвы: • крайние ацидофилы (р. H 3– 4, 5): сфагнум, гилокомиум, дикранум, плауны, водяника, марьянник луговой, ожика волосистая, пушица влагалищная, щучка, белоус, вереск; • умеренные ацидофилы (р. H 4, 5– 6): черника, брусника, багульник, сушеница, кошачья лапка, толокнянка; • нейтральные (р. H 6– 7, 3): растения дубрав сныть, клубника зеленая, таволга шестилепестная; • базофилы (р. H>7, 8): бузина, вяз, бересклет, крушина, крапива двудомная, хмель, недотрога, гравилаты.

Биотесты на бактериях

Биотесты на бактериях Для тестирования остатков пестицидов, ТМ в почве и воде используется стандартный микробиотест. Он позволяет определить эффект суммарного присутствия всех токсикантов и токсическое действие широкого круга загрязнителей. Метод основан на получении водной почвенной вытяжки и количественной оценки в ней токсикантов по степени ингибирования одной из ключевых ферментных систем люцеферазой, что количественно регистрируется биолюминаметром типа БЛМ 8101. В питательную среду на основе водной вытяжки (почва/вода 1/10) высевают культуру Photobacrterium phosphoreum. Этим способом анализируются остатки пестицидов (ФОС, ХОП), нитриты и ТМ. В санитарно эпидемиологических исследованиях наряду с прямым определением содержания патогенных микроорганизмов, также применяются методы индикаторных штаммов (или "почвенной закладки") и определения "токсикоза" почв. При этом в качестве тест объектов используют Clostridium tetani, Cl. perfringens, Bacillus anthracis, Escherichia coli и др. Сущность метода "почвенной закладки" заключается в оценке соотношения вегетативных и споровых форм биоиндикаторов в стерильной и нативной почве. Степень токсичности ("токсикоза") почв определяют по проценту пророста индикаторных бактериальных штаммов, т. е. по отношеннию образовавшихся колоний к количеству посевов. Показатель токсичности рассчитывается как величина обратная проросту. Токсичность почвы ранжируется по восьми классам опасности.

Биотесты на водорослях

Биотесты на водорослях Классическим тест объектом на загрязнители является одноклеточная зеленая водоросль хлорелла (Chlorella vulgaris Beijer. ). Ее преимущества для экспресс анализа загрязнения агроценоза заключаются в коротком жизненном цикле и возможности проводить оценку по таким показателям, как пигментное секторирование, нарушение споруляции клеток и летальность. Метод, основанный на оценке численности живых особей и динамики ее фитомассы, дает в конечном счете представление о влиянии токсикантов на продолжительность жизни и плодовитость тест системы. Существует альгологическая оценка фитотоксичности гербицидов (метод "бумажных дисков"). Оценивается интенсивность роста биоиндикатора Ch. vulgaris в зависимости от концентраций токсиканта. За альгицидные принимают концентрации вещества полностью подавляющие рост водорослей на дисках. Другой метод оценки химических веществ, основанный на эффекте замедленной флюоресценции (ЗФ). Этот эффект проявляется у растений при наличии сформированного фотосинтетического аппарата. Гербициды (ингибиторы фотосинтеза) способны изменять интенсивность ЗФ. Под действием очень низких концентраций гербицида резко ингибируется ЗФ, что регистрируется на специальной установке. Этим способом можно выявить наличие гербицидов ингибиторов реакций Хилла, однако в случае других пестицидов метод малоэффективен. Многие методы биологического тестирования основаны на визуальных оценках. Весьма пригодны для этой цели зеленые и диатомовые водоросли. Под действием токсикантов первоначально зеленая масса водоросли меняет цвет становится густо коричневой или наоборот, обесцвечивается. Некоторые токсиканты не вызывают заметных изменений окраски, однако водоросли теряют тургор и легко повреждаются.

Биотесты на мхах

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. Предложенный метод лег в основу тест системы, определяющей загрязнение воды ТМ с помощью высших растений ряски малой (Lemna minor L. ).

Липа мелколистная, или сердцевидная — Tilia cordata Mill. • Дерево высотой до 25 30 м и стволом в диаметре свыше 1 м, с широкой кроной и тёмно серой корой на стволе и старых ветвях.

• Липа весьма чувствительна к загрязнению почвы солями, попадающими сюда вместе с песком в зимний период. • Показателем реакции является краевой хлороз на листьях. Поэтому по величине повреждения листовых пластинок липы можно судить о степени засоления газонов.

• Хлороз растений - болезнь растений, при которой нарушается образование хлорофилла в листьях и снижается активность фотосинтеза. • Характерные признаки: преждевременное пожелтение и опадение листьев, мелколистность, усыхание верхушек побегов и др.

Фиксируют все повреждения листовой пластинки по следующей шкале: • на крае листа имеется узкая желтая полоска – первая степень загрязнения почвы ( в почве отмечаются следы соли). • сильный хлороз проявляется в виде широкой краевой полосы – вторая степень загрязнения почвы ( в почве наблюдается среднее количество соли).

Фиксируют все повреждения листовой пластинки по следующей шкале: • обширный краевой некроз с желтой пограничной полоской – третья степень загрязнения. • большая часть листовой пластинки отмирает – четвертая степень загрязнения ( количество соли в почве крайне велико и граничит с пределами выносливости вида).

• Исследуя характер повреждения листьев по городским кварталам и районам, можно построить карту засоления почв города и разработать предложения по оздоровлению почв газонов.

ИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ПО ЧАСТОТАМ ВСТРЕЧАЕМОСТИ ФЕНОВ БЕЛОГО КЛЕВЕРА • Влияние антропогенных факторов довольно часто отражается на фенотипической структуре популяций растительных и животных организмов. Частота встречаемости некоторых фенов является биологическим индикатором воздействия, в частности, загрязнения среды. • У белого клевера, распространенного довольно широко, в качестве индикатора загрязнения среды может быть использована форма седого рисунка на листьях.

• Фены – это четко различающиеся варианты какого либо признака или свойства биологического вида. • В ходе работы можно также фиксировать степень повреждения листовой пластинки листогрызами, отклонения формы листьев от нормы и т. д. оценив состояние растений на той или иной территории, можно сделать некоторые выводы о загрязненности почвы.

• ТАБАК BEL W 3 В КАЧЕСТВЕ БИОИНДИКАТОРА ДЛЯ МОНИТОРИНГА ОЗОНА.

• • • Этот сорт табака был выведен специально для биоиндикации. Он очень восприимчив к содержанию озона в воздухе. По этой причине разведение данного вида в промышленных странах нерационально. Уже при слабом воздействии O 3 через несколько дней по всей листовой пластинке (у молодых листьев только вблизи верхушки) густо образуются некротические пятна серебристого цвета. Часто для сравнения одновременно высаживают относительно устойчивый к озону сорт Bel B. В этом методе очень важно определение условий выращивания.

Кресс-салат Lepidium sativum L.

• Клоповник посевной, или Кресс-салат (лат. Lepidium sativum) — быстрорастущее съедобное однолетнее или двулетнее травянистое растение семейства Капустные, или Крестоцветные (Brassicaceae). Общие сведения: кресс салат однолетнее растение. Культура пришла к нам из глубины веков: его сеяли еще в Древнем Египте и Древнем Риме. В настоящее время распространен во многих странах. Прикорневые листья у кресс салата черешковые, перисто рассеченные или цельные, овальные, по краю зубчатые. Стебель разветвленный, достигает высоты 1 м. Это холодостойкое скороспелое растение.

• Требования: кресс требует довольно много света и нуждается в хорошем увлажнении и высоком плодородии почвы, но лучше подходят для него легкие и богатые перегноем. • Состав: в листьях содержится до 119 мг аскорбиновой кислоты, до 4, 9 мг каротина, рутин, витамины группы В, йод, железо и другие минеральные элементы. Кресс салат богат солями калия, кальция и фосфора, а также белком.

Предварительно проверяют семена на всхожесть. Для этого в чашки Петри или иные емкости слоем в 1 см насыпают промытый речной песок, который прикрывают фильтровальной бумагой. Проращивание семян в чашках ведут при температуре 20 -25 0 С. Норма – прорастание 90— 95% семян за 3 -4 суток.

Затем проводят оценку загрязнения субстрата. Для этого чашки Петри наполняют до половины исследуемым субстратом. Параллельно ставят опыт на чистом субстрате. Во все чашки на увлажненный субстрат укладывают по 50 семян. Расстояние между ними должно быть более-менее одинаковым. После этого семена покрывают тем же субстратом. В течение 10— 15 наблюдают за прорастанием семян, поддерживая влажность субстратов на одном уровне. Данные по числу проросших семян за каждые сутки заносят в таблицу.

Побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривление побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян). Кресс- салат как биоиндикатор удобен еще и тем, что действие стрессоров можно изучить одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддона и т. д. ).

При проведении опытов с кресс – салатом следует учитывать, что большое внимание на всхожесть семян и качество проростков оказывают водно-воздушный режим и плодородие субстрата. В гумусированной, хорошо аэрированной почве (чернозем, верхний горизонт серой лесной почвы) всхожесть и качество проростков всегда лучше, чем в тяжелой глинистой почве, которая из-за малой проницаемости для воды и воздуха имеет плохой водно-воздушный режим. Поэтому в качестве субстрата для контроля следует брать почву того же типа, что и для опытов.

Кроме загрязнения почвы, на кресс салат оказывает влияние состояние воздушной среды. Газообразные выбросы автомобилей вызывают морфологические отклонения от нормы у проростков в кресс – салат, в частности, отчетливо уменьшают их длину.

Кресс – салат можно выращивать на незастекленных балконах многоэтажных домов, расположенных вдоль автодорог. Газообразные выбросы автотранспорта имеют плотность более высокую, чем воздух, и скапливают в приземном слое до высоты 2 -х метров. Одновременно выращивание кресс – салата на балконах нижних и верхних этажей летом, в период теплой и безветренной погоды, обычно показывает заметные различия в качестве проростков.

• Определение состояния генеративных органов сосны обыкновенной (обследование шишек сосны).

• Сосна обладает удивительной экологической пластичностью. Вторая загадка сосны – ее завидное долголетие – 300 500 лет. • В процессе эволюции сосна выработала в себе сложнейшую и надежную систему экзозащиты. • Сосна – экологический страж пахотных земель.

уменьшается число шишек на дереве и число нормально развитых семян в шишках, заметно изменяются размеры женских шишек (до 15 – 20%).

Для проведения исследования в осеннее или зимнее время на исследуемом участке отбирают 100 – 200 шишек (по 10 шишек с 10 – 20 деревьев 30 – 40 летнего возраста) и определяют их линейные размеры. Подcчитывают средние для исследуемого участка длину и диаметр шишек.

• Определение состояния хвои сосны обыкновенной для оценки загрязненности атмосфера:

• • • Известно, что хвойные леса, в частности сосновые, проявляют особую чувствительность к загрязнению воздуха. По этой причине сосна в настоящее время используется в качестве основного индикатора антропогенного воздействия. Для определения степени загрязнения учитывают морфологические и анатомические изменения и продолжительность жизни хвои. При постоянном воздействии диоксида серы наблюдается преждевременное падение хвои сосны, ее повреждение, масса хвои может снижаться на 30 60 % по сравнению с контрольными участками.

• Информативным признаком определенного уровня загрязнения атмосферы является состояние хвои: изменение окраски (хлороз, пожелтение), преждевременное увядание хвои и дефолиация, время жизни, наличие некротических пятен.

• При этом форма и цвет некротического пятна является специфической реакцией на определенный вид загрязнения, а доля пораженной поверхности хвоинки может быть использована для количественной оценки реакции фитоиндикатора.

• хвоя сосны может быть использована и как биоаккумулятор аэрогенных загрязнений. • Это связано с тем, что хвоя сосны обладает способностью эффективно поглощать загрязняющие вещества, в частности, соединения металлов, в виде аэрозолей за счет диффузионного осаждения последних в полостях и воздушных каналах листовой пластинки.

• Сосна обладает также биоаккумулирующей способностью для ряда металлов, соединения которых поглощаются корневой системой из почвы. Поглощение может быть как метаболическим, так и пассивным

• Ввиду малой поверхности листа, утолщенной кожицы и малого количества устьиц вынос поглощенных микроэлементов с поверхности листовой пластинки сосны при испарении влаги и газообмене с атмосферой очень мал. • За время жизни хвои (4 6 лет в зависимости от условий произрастания дерева) в ее массе накапливаются характерные для данной местности микроэлементы в количествах, достаточных для аналитического определения.

с нескольких боковых побегов в средней части кроны 5 10 деревьев сосны в 15– 20 летнем возврате отбирают 200 – 300 пар хвоинок 2 и 3 го года жизни. анализ хвои проводят в лаборатории. Вся хвоя делится на три части: Ø неповрежденная хвоя Ø хвоя с пятнами Ø хвоя с признаками усыхания. Затем подсчитывается количество хвоинок в каждой группе. Полученные результаты сравниваются с результатами прошлых лет, делается вывод об изменении загрязнения атмосферы.

• для того что бы определить продолжительность жизни хвои на каждом участке необходимо осмотреть не менее 100 – 200 деревьев. Для удобства проведения исследования методом визуального осмотра выбираются невысокие деревья (в возрасте 10 15 лет). По данным исследования рассчитывают индекс продолжительности жизни хвои Q сосны по формуле: • Q = 3*B 1+2*B 2+1*B 3 / B 1+B 2+B 3, • где B 1, B 2, B 3 количество осмотренных деревьев с данной продолжительностью жизни хвои. Чем выше индекс Q, тем больше продолжительность жизни хвои сосны, а значит – и чище воздух.

Виды повреждения и усыхания хвои а) хвоя без пятен (КП 1), нет сухих участков (КУ 1); б) хвоя с небольшим числом мелких пятен (КП 2), нет сухих участков (КУ 1); в) хвоя с большим числом желтых и черных пятен (КП 3), кончик усох на 2 -5 мм (КУ 2); г) усохла треть хвоинки (КУ 3); д) усохло более половины длины хвоинки (КУ 4); е) вся хвоя желтая и сухая (КУ 4). КП – класс повреждения ( некрозы), КУ – класс усыхания хвои.

Класс усыхания хвои 1 1 2 3 3

Определение состояния окружающей среды по комплексу признаков у хвойных • Известно, что на загрязнение среды наиболее сильно реагируют хвойные древесные растения. • Характерными признаками неблагополучия окружающей среды и особенно газового состава атмосферы служат появление разного рода хлорозов и некрозов, уменьшение размеров ряда органов (длины хвои, побегов текущего года и прошлых лет, их толщины, размера шишек, сокращение величины и числа заложенных почек).

• Последняя является предпосылкой уменьшения ветвления. Ввиду меньшего роста побегов хвои в длину в загрязненной зоны наблюдается сближенность расстояния между хвоинками (их больше на 10 см побега, чем в чистой зоне) • Наблюдается утолщение самой хвои, уменьшается продолжительность ее жизни (1 -3 года в загрязненной зоне и 6 -7 лет – в чистой). • Влияние загрязнений вызывает также стерильность семян (уменьшение их схожести). • Все эти признаки не специфичны, однако в совокупности дают довольно объективную картину.

Изучение побегов • Измеряют длину прироста каждого года, начиная от последнего, двигаясь последовательно по междоузлиям от года к году. • Устанавливают толщину осевого побега (на примере двухлетнего). • В местах мутовок подсчитывают ветвление, выводится среднее. • На побегах устанавливают наличие некрозов (точечное или другой формы отмирания коры).