УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В МЕТОДИКАХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ИНДИКАЦИЯ НЕНАРУШЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Определение биоиндикации

Биоиндикация - оценка состояния окружающей среды, экологических факторов и их динамики при помощи признаков и свойств самих экосистем, их биоты.

•Биоиндикация изучает теоретические основы и практические способы использования организмов для оценки условий среды.

•Объектом биоиндикации являются экологические характеристики и биотические признаки.

•Предметом биоиндикации являются закономерности взаимосвязей между ними.

Индикатор - биологическая характеристика или признак, которая даёт представление о явлениях и процессах и используется при оценке интересующего параметра окружающей среды (что показывает);

НОВЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В МЕТОДИКАХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНДИКАЦИИ

В последнее время, как и во вмогих сферах науки в мире, в применении биоиндикации наблюдаются такие процессы:

Цифровизация

Автоматизация

Усложнение используемых технологий

Роль людей в сборе, обработке и интерпретации данных постепенно уменьшается, если нужно проводить вычисления, то их делает компьютер, обработка большого количеста данных также производится им

(ДНК-баркодинг, хим. анализ). На основе полученных данных создаются или пополняются существующие базы данных (напр. BOLD, BERN) для дальнейшего их использования для визуализации/мониторинга процессов (ГИС технологии или самостоятельные программы) либо других вычислений. Для анализа образцов все реже используются субъективные методы оценки, а зачастую автоматизированные.

В общем и целом, в Беларуси наблюдаются такие же тенденции, как и в мире. Научные центры Беларуси, такие как НПЦ НАН, ведут совместную работу с европейскими центрами по реализации общих проектов (COST), в ходе чего заимствуются новые методы, разные нужные технологии. Продолжается и будет продолжаться цифровизация и автоматизация работы по сбору и обработке биологических данных и мониторинга экологической обстановки.

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Внастоящее время разработано большое количество биотестов, использующих в качестве тест-организмов разнообразных гидробионтов, таких, как простейшие (инфузории, жгутиковые), кишечнополостные (гидры), черви (планарии, пиявки), моллюски (пластинчатожаберные, брюхоногие), ракообразные (дафнии, гаммарусы) и рыбы.

Вряде европейских стран принят стандарт на биотестирование сточных вод и определение токсичности отдельных химических веществ c помощью Daphnia magna. Методы с использованием дафний позволяют сравнивать токсичность вод, содержащих разнообразные загрязнители, однако в связи с разведением в лабораториях культур дафний разного происхождения они дают значительный разброс в результатах, достигающий 35 % и более. Большая часть разработанных в нашей стране и за рубежом биотестов не обладает достаточно высокими надежностью и чувствительностью и не может использоваться на водах с широким диапазоном токсичности.

С целью решения данной проблемы в ряде случаев используют методы биотестирования с несколькими тест-организмами или разрабатываются специальные системы - «блоки» из нескольких самостоятельных биотестов. Такие методы могут быть использованы как сигнальные для постоянного проточного биотестирования стоков и экологического мониторинга как в лабораторных, так и в полевых условиях

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Радионуклидный анализ мхов/лишайников

Многие мхи и лишайники способны расти в условиях сильного загрязнения воздуха и аккумулировать в себе всевозможные вещества. Исследовав их, можно получить данные о качестве воздуха.

Анатомо-морфологические, цитологические методы

Некрозы на листьях и хвое (указывает на загрязненность атмосферы

Уменьшение площади, ксерофитизация, снижение возраста хвои у хвойных пород

Длина усиков у мух и брюхоногих моллюсков (повышенное количество тяжелых металлов)

Определение числа и размеров устьиц на поверхности листьев

Длина хвои

Количество перифитона (токсичные элементы в воде, биозагрянение)

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ДНК-технологии для биоиндикации поверхностных вод

С научной точки зрения, мониторинг, основанный на ручной сортировке образцов и морфологическом определении видового состава, может быть выполнен более быстрым, эффективным и надежным способом, а именно при помощи ДНК-баркодинга (ДНК-штрихкодирования).

Новые ДНК-технологии могут выступать в качестве прорывных подходов для диагностики окружающей среды и биомониторинга путем предоставления оперативной информации о таксономической структуре сообщества и биологических процессах в строго стандартизированном виде

Разработка новых диагностических методов была усовершенствована благодаря пополнению эталонных библиотек ДНК-баркодов и новой высокопроизводительной технологии секвенирования (HTS).

Благодаря этим двум ресурсам многочисленные гидробиологические пробы можно обработать в течение нескольких дней, получая сотни миллионов последовательностей от организмов, ДНК которых находится в пробе.

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ БИОИНДИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ДНК-технологии для биоиндикации поверхностных вод

ДНК присутствующую в среде (воде, осадках или биопленках) в результате жизнедеятельности водных организмов. Такая ДНК называется средовой (environmental DNA - eDNA).

Таким образом, eDNA-метабаркодинг предоставляет информацию не только об отдельных видах, важных с точки зрения биоиндикации (поденки, ручейники и др.), но и о других микро-, мезо- и макроорганизмах, живущих в конкретной водной среде. Эта технология также может предоставлять данные о наличии инвазивных видов в экосистеме

ДНК-баркодинг и метабарокодинг предлагают менее субъективный подход для идентификации организмов в водных экосистемах, чем классическая оценка, основанная на морфологии организмов

Учёные из Беларуси ведут работу по наполнению эталонной библиотеки видов макрозообентоса и рыб Беларуси, сейчас она содержит 453 ДНК-последовательности от 57 видов водных организмов, используемые для оценки экологического статуса рек.

ИНДИКАЦИЯ НЕНАРУШЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМ

Критерии ненарушенности лесных и луговых экосистем.

Ландшафтные критерии ненарушенности пойменных лугов:

ненарушенность речной экосистемы согласно гидроландшафтным и гидробиологическим критериям;

отсутствие мероприятий гидротехнической мелиорации;

отсутствие в пойме промышленных и сельскохозяйственных предприятий, сельхозугодий (поля, сады и т.д.), жилых и других долговременных построек;

отсутствие выпаса скота;

отсутствие сенокоса;

отсутствие вырубки кустарника;

отсутствие обустроенных мест рекреации и необустроенных мест массового отдыха;

отсутствие асфальтированных дорог других транспортных коммуникаций (за исключением грунтовых дорог без насыпи);

наличие видов-индикаторов ненарушенных пойменных лугов.

ИНДИКАЦИЯ НЕНАРУШЕННОСТИ ЭКОСИСТЕМ

Критерии ненарушенности лесных и луговых экосистем.

Ландшафтные критерии ненарушенности пойменных лесов:

ненарушенность речной экосистемы согласно гидроландшафтным и гидробиологическим критериям;

отсутствие лесомелиоративных мероприятий и вырубок;

отсутствие мероприятий гидротехнической мелиорации;

отсутствие в пойме промышленных и сельскохозяйственных предприятий, сельхозугодий (поля, сады и т.д.), жилых и других долговременных построек;

отсутствие выпаса скота;

отсутствие обустроенных мест рекреации и необустроенных мест массового отдыха;

отсутствие асфальтированных дорог других транспортных коммуникаций (за исключением грунтовых дорог без насыпи);

наличие видов-индикаторов ненарушенных пойменных лесов.