Стерильность пыльцы некоторых тест - растений, как показатель качества среды

 

Министерство образования Республики Беларусь

 

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет 

имени Франциска Скорины»

 

Биологический факультет

Кафедра ботаники и физиологии растений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СТЕРИЛЬНОСТЬ  ПЫЛЬЦЫ НЕКОТОРЫХ ТЕСТ-РАСТЕНИЙ, КАК ПОКАЗАТЕЛЬ КАЧЕСТВА СРЕДЫ

 

 

Курсовая работа

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:

студент группы Б-31 ____________ Савенок Никита Георгиевич

 

Научный руководитель:

ассистент   ____________ Горнасталев Александр Анатольевич

 

 

 

      

 

 

Гомель 2010

 

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа 32 страницы, 1 рисунок, 3 таблицы, 23 источника

 

Ключевые слова: тест-растение, пыльца, стерильность, фертильность, индикация

 

Объектом исследования является пыльца растений каштана конского, вьюнка полевого, лютика едкого, чистотела большого.

Цель исследования – изучить пыльцу некоторых тест-растений на предмет стерильности.

Для определения уровня стерильности пыльцы использовался йодный метод.

Исследования показали, что растения произрастающие в районе УНБ «Ченки» находятся в благоприятных условиях (чистотел большой, лютик едкий). Критический уровень стерильности пыльцы каштана конского свидетельствует о неблагоприятной экологической ситуации. Результаты полученные при изучении вьюнка полевого нуждаются в дополнительной проверке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В настоящее время все  острее встает вопрос о частоте окружающей среды, так как в результате деятельности человека качество ее постоянно ухудшается. Это вредит не только природе, но и  самим людям. Поэтому вопросы  очистки промышленных выбросов и стоков сейчас являются очень актуальными. Но возможно более актуальным является вопрос об эффективных методах анализа загрязнения окружающей среды, методах обнаружения чужеродных природе веществ, которые могут быть настолько ядовиты, что даже доли миллиграмма, растворенные в воде или воздухе, способны уничтожить популяцию или целый биоценоз.  
          Глобальный характер воздействия на природную среду влечет за собой и глобальные изменения последней. Поэтому дальнейшее взаимодействие общества с окружающей средой становится невозможным без информации о состоянии биосферы и без прогноза ее изменений под влиянием человеческой деятельности.  
         Получение информации об окружающей среде возможно с помощью применения организмов, реагирующих на загрязнение среды обитания изменением визуальных признаков. Оно позволяет существенно сократить или даже исключить применение дорогостоящих и трудоемких физико-химических методов анализа. Биоиндикаторы интегрируют биологически значимые эффекты загрязнения. Оно позволяет определить скорость происходящих изменений, пути и места скопления в экосистемах различных токсикантов, делать выводы о степени опастности для человека и полезной биоты конкретных веществ или их сообществ.

Цель работы: изучить пыльцу некоторых тест-растений на предмет стерильности.

 

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Биоиндикация как метод исследования экологических систем

 

1.1.1 Теория и сущность биоиндикации

 

Основой задачей биоиндикации является разработка методов и критериев, которые могли бы адекватно отражать уровень антропогенных воздействий с учетом комплексного характера загрязнения и диагностировать ранние нарушения в наиболее чувствительных компонентах биотических сообществ. Биоиндикация, как и мониторинг, осуществляется на различных уровнях организации биосферы: макромолекулы, клетки, органа, организма, популяции, биоценоза. Очевидно, что сложность живой материи и характера ее взаимодействия с внешними факторами возрастает по мере повышения уровня организации. В этом процессе биоиндикация на низших уровнях организации должна диалектически включаться в биоиндикацию на более высоких уровнях, где она предстает в новом качестве и может служить для объяснения динамики более высокоорганизованной системы [1].

Считается, что использование метода биоиндикации позволяет решать задачи экологического мониторинга в тех случаях, когда совокупность факторов антропогенного давления на биоценозы трудно или неудобно измерять непосредственно. К сожалению, современная практика биоиндикации носит в значительной мере феноменологический характер, выраженный в пространном изложении подмеченных исследователем фактов поведения различных видов организмов в конкретных условиях среды. Иногда эти описания сопровождаются не всегда обоснованными выводами, носящими, как правило, сугубо оценочный характер (типа "хорошо / плохо", "чисто / грязно" и т.д.), основанными на чисто визуальных методах сравнения или использовании недостаточно достоверных индексов. Чаще всего такой "прогноз" делается, когда "общественное" мнение по конечному результату оценки качества экосистемы уже заранее известно, например, по прямым или косвенным параметрам среды. В результате этого, роль биоиндикации оказалась сведенной к следующей совокупности действий, технологически совпадающей с биомониторингом:

· выделяется один или несколько  исследуемых факторов среды (по литературным данным или в связи с имеющейся  программой мониторинговых исследований);

· собираются полевые и экспериментальные  данные, характеризующие биотические  процессы в рассматриваемой экосистеме, причем теоретически эти данные должны измеряться в широком диапазоне варьирования исследуемого фактора (например, в условно-чистых и в условно-грязных районах);

· некоторым образом (путем простого визуального сравнения, с использованием системы предварительно рассчитанных оценочных коэффициентов или с применением математических методов первичной обработки данных) делается вывод об индикаторной значимости какого-либо вида или группы видов [2].

В редких случаях делаются практические попытки оценить лимитирующий уровень рассматриваемого фактора загрязнения, т.е. выполнить так называемый "анализ биологически значимых нагрузок". И только в исключительных случаях выполняется собственно операция "индикации", когда с использованием биоиндикаторных показателей прогнозируются неизвестные факторы среды и оценивается их значимость для всей экосистемы в ближайшем и отдаленном будущем. В качестве немногочисленных примеров организации комплексных гидроэкологических биоиндикационных исследований, в результате которых был сформулирован некоторый комплекс научно-обоснованных природоохранных решений, можно привести работы по оценке экологического состояния оз. Байкал, рек Невы и Чапаевки.

В значительной мере теоретическая  и практическая неполнота работ  в области биоиндикации связана с объективными методологическими трудностями отображения и моделирования предметной области. Оценка антропогенного воздействия на биотические компоненты экосистем во многом осложняется пространственно-временной дифференциацией видовой структуры, т.к. ценопопуляции одного и того же вида, входящие в разные сообщества организмов, характеризуются различными экологическими условиями обитания и их реакции на действие фактора могут существенно отличаться. У видов со слабо выраженными механизмами популяционного гомеостаза эти реакции всегда достаточно контрастно выражаются в снижении физиологической устойчивости части особей к действию антропогенных факторов и, в конечном счете, в нарушении процессов репродукции. Однако для большинства видов реагирование на любое техногенное воздействие (если, разумеется, оно не носит катастрофический характер) принципиально не отличается от выработанных в ходе эволюции тривиальных реакций на колеблющиеся изменения среды. В процессе адаптации биоценоза к меняющимся условиям включаются компенсационные механизмы и, при умеренных воздействиях, в популяциях вырабатывается некоторый средний, генетически обусловленный уровень интенсивности воспроизводства за счет "перераспределения факторов смертности". И только в том случае, когда давление антропогенных факторов выводит экосистему за рамки естественной изменчивости, происходит нарушение динамической стабилизации популяционных связей, изменяется генетический состав и идет подавление наиболее генерализированного свойства популяций - воспроизводственного процесса [1].

Необходимым условием для выявления  качественных нарушений биотических  процессов, происходящих в экосистемах  под влиянием антропогенных факторов, является знание диапазона естественной изменчивости биоценозов, т.е. построение пространства состояния популяций. В связи с этим возникает необходимость определения тех параметров, которые позволят с заданной подробностью и точностью оценить состояние биоценоза, вычленить изменения, вызванные действием антропогенных факторов, и получить необходимую и достаточную информацию для прогноза возможных изменений состояния экосистемы. Однако для получения такого “динамически достаточного описания” необходимо знание "правил" внутреннего преобразования популяций в результате действия каких-либо факторов. Но мы не можем сформулировать эти "правила" до тех пор, пока не определим ряд необходимых и достаточных параметров описания состояния популяций, достаточно чувствительных, информативных и обладающих достаточной селективностью в рамках поставленной задачи.

Безусловно, объективные факты  свидетельствуют о существовании  тесного влияния факторов среды  на биотические процессы экосистемы (плотность популяций, динамику видовой  структуры, поведенческие особенности). Такие факторы среды, как свет, температура, водный режим, биогенные элементы (макро- и микроэлементы), соленость и другие имеют функциональную важность для организмов на всех основных этапах жизненного цикла. Однако можно использовать обратную закономерность и судить, например, по видовому составу организмов о типе физической среды. Поэтому “Биоиндикация - это определение биологически значимых нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ. В полной мере это относится ко всем видам антропогенных загрязнений” [2].

Существенные методологические трудности  биоиндикации возникают и при  оценке состояния биоценоза по соотношению  видов в конкретной экосистеме выборочным методом. Если исходить из понимания  популяции, как совокупности особей, то информация, которую мы получили, не может быть экстраполирована за пределы временнoго периода или станции (полигона), на котором осуществлена выборка. Необходимо получить информацию о форме распределения вероятностей нахождения особей в той или иной точке пространства экосистемы. Исходя из найденного закона распределения, можно рассчитать число необходимых проб, обеспечивающих заданную точность интерполяции. Такой подход возможен для оценки состояния популяций на небольших площадях, например, в небольших замкнутых мелководных водоемах. Для крупных водоемов количество выборок ограничивается временем, за которые можно сделать пробы в сходных условиях (например, даже в течение суток может произойти перераспределение планктонных особей в пространстве).

Таким образом, биоиндикацию можно определить как совокупность методов и критериев, предназначенных для поиска информативных компонентов экосистем, которые могли бы:

· адекватно отражать уровень воздействия  среды, включая комплексный характер загрязнения с учетом явлений  синергизма действующих факторов;

· диагностировать ранние нарушения  в наиболее чувствительных компонентах  биотических сообществ и оценивать  их значимость для всей экосистемы в ближайшем и отдаленном будущем.

С точки зрения математики поставленная задача биоиндикации в реальных условиях относится к классу плохо формализуемых задач, поскольку характеризуется следующими особенностями:

· существенной многомерностью факторов среды и измеряемых параметров экосистем;

· сильной взаимообусловленностью всего комплекса измеренных переменных, не позволяющей выделить в чистом виде функциональную связь двух индивидуальных показателей F(x);

· нестационарностью большей части  информации об объектах и среде;

· трудоемкостью проведения всего  комплекса измерений в единых координатах пространства и времени, в результате чего обрабатываемые данные имеют обширные пропуски.

В связи с этим, нахождение адекватной связи индикаторов и индицируемых факторов является типичной операцией  с "размытыми" множествами, а, следовательно, характеризуется существенной неопределенностью (стохастичностью).

В то же время, к настоящему моменту  сложились условия, позволяющие  преодолеть некоторую математическую "ущербность" биоиндикации:

· сформированы банки многолетних  данных по наблюдениям за природными экосистемами;

· разработан и апробирован ряд  методов и математических моделей  интегральной оценки состояния сложных  систем различного типа, позволяющих, осуществлять “поиск детерминации и  распознавание образов в многомерном  пространстве экологических факторов для выделения границ между областями нормального и патологического функционирования экосистем”;

· развиваются аппаратные и программные  информационные компьютерные технологии, позволяющие анализировать необходимые  массивы экологических данных;

· существует огромный объем неформальных знаний высококвалифицированных специалистов, частично сконцентрированный в методических разработках [1].

Оценка значимости воздействий. Значимость воздействия непосредственно зависит от его вида или природы (шумовое, радиационное, выбросы определенных веществ в воздух и т.д.), физической величины и вероятности его возникновения. Понятие величины охватывает здесь несколько факторов, таких как интенсивность воздействия; продолжительность воздействия; масштаб распространения воздействия. При этом масштаб распространения воздействия оценивается как в терминах площади (например, территория, на которой зафиксировано повышение радиационного уровня), так и в терминах численности биологических объектов, наличия особо охраняемых территорий и т.д., подвергающихся воздействию данного фактора. Дополнительным аспектом, который чаще всего не учитывается при оценке значимости воздействий, является его контекст. Воздействия, одинаковые по величине и вероятности, могут рассматриваться как более или менее важные, влиять на принимаемые решения в большей или меньшей степени в зависимости от того, где именно они имеют место, как они воспринимаются заинтересованными лицами, какова сложившаяся социальная обстановка и т.д.

Для оценки значимости существует множество методов. Наиболее простым и часто применяемым методом оценки значимости является сравнение их с универсальными стандартами. Стандарты могут быть количественными (например, предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ) или носить характер качественных норм (например, ограничения на определенные виды хозяйственной деятельности в пределах особо охраняемой природной территории или вблизи культурных памятников). Однако следует иметь в виду важные ограничения применимости стандартов для оценки значимости: