Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сельскохозяйственная экология. Учебное пособие
.pdf
Из-за наличия диоксинов в пестицидах, особенно в хлорорганических, в
некоторых странах (Италия, Россия, США, Швеция) запрещено использование
гербицида на основе 2,4,5-Т. В Канаде запрещено применение гербицидов на основе
2,4-Д. В других государствах вопрос решается путем регулирования ассортимента и
совершенствования технологии производства.
По своей сути химизация сельского хозяйства представляет собой активное
вмешательство человека в круговорот веществ в природе.
Основное направление биологического метода - использование полезных
насекомых и клещей (энтомофагов) в борьбе с вредными. Энтомофаги представлены
в природе хищниками и паразитами. Хищники (божьи коровки, златоглазки,
жужелицы, мухи-журчалки, муравьи) ведут активный образ жизни, питаются
особями одного или чаще нескольких видов вредителей. Паразиты живут до
достижения взрослой стадии внутри или на теле одной особи вредителя и питаются
ею (перепончатокрылые насекомые: трихограммы, бракониды, теленомусы,
энкарзии, ихневмониды и др., и мухи - тахины и др.).
Биологические средства начали использовать для защиты растений и от
болезней. Так, на основе изучения гиперпаразита мучнистой росы огурца создан
биопрепарат против этого опасного заболевания. Разрабатываются приемы
использования ряда авирулентных штаммов бактерий и грибов против различных
корневых гнилей, ржавчины и мучнистой росы зерновых и других культур.
Исследуется возможность использования биологических методов в борьбе с сорной
растительностью (горчаком розовым, амброзией, повиликой, заразихами). Перспективно использование против сорняков специальных растительноядных
насекомых (гербифагов).
Комплексный подход к защите сельскохозяйственных растений от вредителей,
болезней, сорных растений послужил основой для создания интегрированной
системы защиты растений - совместное использование всех доступных форм
подавления вредного организма, включая механические, физические,
биологические, биоценотические, агротехнические, химические способы борьбы и
регулирования численности вредного вида.
Ход выполнения:
ЗАДАНИЕ 1. Заполните таблицу 22:
61
Таблица 22 - Классификация пестицидов в зависимости от их целевого
Пестициды
Назначение
Гербициды
Инсектициды
Фунгициды
Родентициды (зооциды)
Альгициды
Бактерициды
Дефолианты
Десиканты
Ретарданты
Признаки
Классификация
По химическим признакам
По токсичности для человека и
теплокровных животных
По устойчивости к разложению
в почве
По степени комплексного
воздействия на организм
назначения
(для борьбы с: бактериями и бактериальными болезнями растений;
грибковыми заболеваниями растений и различными грибами; грызунами; сорными
растениями; вредными насекомыми; для торможения роста растений и повышения
устойчивости стеблей против полегания; для уничтожения водорослей и сорной
растительности в водоемах; для удаления листьев и ботвы; для подсушивания
листьев перед уборкой).
ЗАДАНИЕ 2. Нарисуйте и проанализируйте схему миграции и
биоконцентрации хлорорганических соединений в пищевых цепях:
Рыбы – птицы Вода - водоросли - Планктон – Птицы - ХОС - Человек- Дикие
животные - Грудное молоко- новорожденные - Сельскохозяйственные животные,
мясо, яйца, молоко и продукты его переработки, растение
ЗАДАНИЕ 3. Используя теоретический материал, заполните таблицу 23:
Таблица 23 - Разнообразие подходов к классификации пестицидов
62
ЗАДАНИЕ 4. Нередко использование пестицидов против сельскохозяйственных вредителей на следующий год вызывает еще большую вспышку
их численности. Это связано с тем, что пестициды (подберите ответ):
а) слабоядовиты для вредителей; б) усиливают репродуктивные способности
вредителей; в) подавляют вредителей и одновременно их естественных регуляторов.
ЗАДАНИЕ 5. Из предложенного набора видов составьте три пищевых цепи с
разным количеством звеньев и проанализируйте в какой из них накапливается
больше остаточных количеств пестицидов и в каком звене (уж, кузнечик, пшеница,
ястреб, лягушка, мышь полевка).
Контрольные вопросы
1. Какие по химическому составу и свойствам пестициды относятся к
наиболее токсичным?
2. Какие супертоксиканты входят в качестве микропримеси в состав
пестицидов комплексного действия? Охарактеризуйте их.
3. Какие негативные экологические последствия связаны с использованием
пестицидов? Чем они обусловлены?
4. Какими путями пестициды могут поступать в организм человека?
5. Что является критерием оценки содержания пестицидов?
6. Различаются ли растения по степени накопления остаточных количеств
пестицидов в продуктивных органах?
7. В чем суть биологического метода защиты растений от вредителей,
болезней и сорной растительности?
Практическая работа 8
Тема: «Биоиндикация - современный метод экологических исследований»
Цель - познакомить студентов с одним из современных методов экологических
исследований.
Задачи:
1. Дать понятие о биоиндикации и познакомить студентов с Программой
Международного союза биологических наук «Биоиндикаторы».
2. Изучить организмы - индикаторы и эффективность выбора подходящего
индикаторного вида, который может быть использован для определения реальной
токсичности вещества в окружающей среде.
Материалы и оборудования. Учебное пособие, конспекты лекций.
63
1) эксикаторы; 2) фильтры или фильтровальная бумага; 3) чашки Петри; 4)
побочное сверло или гильзы диаметром 10мм; 5) пинцеты; 6) пипетки; 7) колбочки
на 100мл; 8) воронки; 9) пузырьки из-под пенициллина или пробирки в штативе; 10)
карандаш по стеклу; 11) 2%-ный раствор сахарозы; 12) загрязненная вода водоема;
13) почва, примыкающая к автодороге; 14) листья растений, находящихся в стадии
вегетации. Все оборудование и материалы стерилизуются.
Краткая теория вопроса
Индикационные исследования проводят с целью выяснения связей
растительности с экологическими условиями. Установлено, что существование
алюминиевой, литиевой и других флор обусловлено не только повышением
концентрации химического элемента в почвенном растворе, но и значительной
необходимости в нем самого растения. Концентрация химических элементов
растениями - результат эволюционного их развития. Однако бесспорно, что на
уровень содержания химических элементов в органах может оказывать современная
среда его обитания.
Метод биоиндикации - признан перспективным методом определения
степени загрязнения природной среды. Список растений и животных биоиндикаторов обширен. Согласно Международной прорамме «Биоиндикаторы»
биохимические, системы и отдельные организмы, которые могут быть
использованы для выявления разнообразных экотоксикантов антропогенного и
природного происхождения, можно подразделить на шесть подгрупп по
биологическим дисциплинам.
Микробиология. Некоторые микроорганизмы особо чувствительны к
определенным веществам, другие принимают участие в деструкции загрязнителей.
Указанием на изменение окружающей среды может быть элиминация
(исчезновение) или увеличение разнообразия видов.
Ботаника. Для обнаружения специфических загрязнений воздушного
бассейна и их мониторинга (в динамике) возможно применение чувствительных
видов биоты: низшие растения, лишайники, грибы, многие высшие растения.
Соответствующий набор организмов позволяет обнаружить как длительные, так и
кратковременные воздействия загрязнителей.
Зоология. Исследования дают возможность более эффективного выбора
подходящего индикаторного вида, который может быть использован для
определения степени реальной токсичности вещества, присутствующего в
продуктах питания.
64
Клеточная биология и генетика. Уже имеются многочисленные тест системы in vivo и in vitro, пригодные для кратковременного и долгосрочного
слежения за изменениями природной среды.
Сравнительная физиология. Многие животные изменяют своё поведение при
появлении новых агентов в окружающей среде. Химические вещества, попав в
организм, могут влиять на функционирование всех систем организма.
Функциональные изменения потом исследуют на морфологическом, биохимическом
и физиологическом уровнях и могут указывать на присутствие в окружающей среде
опасных веществ.
Гидробиология. Подбирают соответствующий вид - индикатор для
конкретных токсикантов, таких как тяжелые металлы, пестициды или другие
токсичные вещества.
В зависимости от объектов биоиндикации различают несколько направлений,
среди которых: индикация почв (педоиндикация), индикация пород
(литоиндикация), индикация грунтовых вод (гидроиндикация) и индикация
различных процессов, галоиндикация (индикация засоления почв и почвогрунтов).
Среди индикаторов различаются прямые и косвенные. Прямыми
называются такие индикаторы, которые связаны с объектом индикации
непосредственно, и вне этой связи в природных условиях существовать не могут.
Например, сообщества галофитов являются прямыми индикаторами засоления почв;
сообщества верблюжьей колючки - глубины залегания и степени минерализации
первого от поверхности горизонта подземных вод. Прямыми индикаторами
обычно служат стенобионтные виды и сообщества.
Косвенными индикаторами являются те, которые связаны с объектом
индикации не прямо, а через какое — либо промежуточное звено в цепи
экологических условий. Например, в степях Нижнего Поволжья растения волосенца
гигантского - Leymus racemosus - косвенные индикаторы локальных скоплений
пресных инфильтрационных вод под песками; непосредственной связи с этими
водами не имеют, но указывают на условия, при которых возможна свободная
инфильтрация атмосферных осадков и накопление их под песками.
По степени географической устойчивости индикаторы делятся на
панареальные, региональные и локальные.
Панареальные - индикаторы, которые сохраняют одно и тоже индикационное
значение на всем протяжении своего ареала (заросли солончакового полукустарника
- сарсана - Halocnemum strobilaceum) - указывают па повышенную влажность почв в
корнеобитаемом горизонте.
65
Региональные - служат индикаторами в конкретном регионе. Например,
сообщества с преобладанием сосны и лишайников в одних районах служат
индикаторами песков (средняя полоса европейской части России), а и других близкого залегания коренных скальных пород (северо-запад Карелии).
Локальные - индикаторы, сохраняющие своё значение лишь в узком,
ограниченном районе, обитающие на почвах с высоким содержанием химического
элемента, т.е. лучше остальных видов приспособлены к условиям такого
существования. К ним относятся: солянки, кермек, произрастающие на почвах с
борным засолением; качим, мхи, обитающие на богатых медью почвах. Организмы индикаторы способны накапливать микропримеси в отношении 1* 10 5 и даже 1 *
10 6 к концентрации в окружающей среде. В отобранных видах растений и
животных, определяют коэффициенты накопления ими отдельных металлов и затем
анализируют их обычными физико-химическими методами. Зная коэффициент
накопления, можно определять м природных средах микропримеси тяжелых
металлов на уровне 10 -16 или 10- 17 г/г (т.е. в количествах, недоступных для
определения обычными инструментальными методами). Биоиндикаторами
антропогенной нагрузки являются деревья, ягельный лишайник, водоросли: элодея,
ряска. Преимущества биоиндикации в относительно высокой скорости, низкой
стоимости, в возможности характеризовать состояние окружающей среды на
длительный промежуток времени.
РЕДКИЕ, как правило, СТЕНОБИОНТНЫЕ (требующие строго определенных
условий существования) виды часто являются лучшими индика торами (показатели)
состояния среды. Их исчезновение служит доказательством неблагоприятных
воздействий на среду обитания в конкретных местах. Наибольшее распространение
получил метод лихеноиндикации, основанный на учете количества лишайников в
городских насаждениях, районах крупных предприятий. Наличие лишайников на
стволах деревьев взаимосвязано с химическим составом (загрязнением) воздуха.
В лесных массивах удобными индикаторами качества служат жуки- короеды.
Сильно ослабленные и отмирающие деревья заселяются короедами. Однако, если
причиной их гибели послужили химические вещества, не характерные нормальному
составу воздуха, короеды не получают широкого распространения. Отмирание
насаждений при отсутствии заселения деревьев короедами - надежное
доказательство антропогенного загрязнения воздуха.
Биотестирование можно считать обязательным для получения интегральных
оценок загрязнения водоемов ксенобиотиками.
66
По дикорастущим растениям можно судить о характере и состоянии почвы,
Индицируемый фактор
загрязнения среды обитания
Растения - биоиндикаторы
Общее загрязнение
Тяжелые металлы
Диоксид серы
Фтористый водород
Хлористый водород
Аммиак
Сероводород
Фотосмог
Засоленность почв
Застойная сырость почв
Повышенная сухость почв
Повышенная влажность почв
Повышенная уплотненность почв
Песчаность почв
Глинистость почв
Лишайники и мхи
Слива, фасоль обыкновенный
Ель, люцерна
Косточковые плоды, гладиолус,
береза бородавчатая, земляника лесная
Подсолнечник, конский каштан
Шпинат, горох
Крапива, табак
Галофиты (лебеда)
Мята, полевой хвощ
Ромашка, полынь
Мята, щавель, хвощи
Пырей, лютик полезный, мокрица,
коровяк
Лютик ползучий,
одуванчик, дымянка
ибо среда обитания растений определяется такими свойствами почв, как
влагоемкость. структура, плотность, температура, содержание кислорода,
питательных веществ, тяжелых металлов и солей.
Таблица 24- Растения - биоиндикаторы
разрушению хлорофилла)
разрушением связана хлоротичность (исчезновение темно- зеленого цвета и
появление желтизны). На круглой высечке листа (в большинстве случаев по краям)
по мере длительности опыта нарастают хлоротичные и некротические участки. Это
явление можно прослезить визуально и довольно быстро определить токсичность
того или иного компонента или их суммы в тех или иных сочетаниях, встречающихся в природе. Инкубация высечек производится на 2%-ной сахарозе
ЗАДАНИЕ 1.
Определение токсичности почв и воды методом высечек листьев (по
Содержание хлорофилла в листе - весьма изменчивая величина и с его
67
(питательная среда для большинства биотестовых испытаний) с добавлением
токсикантов. Контроль - 2%-ная сахароза.
По прошествии определенного времени, которое для разных видов растений и
типов листьев различно и требует предварительной апробации, хлорофилл в
высечках может быть определен визуально по сравнению с контролем, который
принимается за 100 процентов. А также инструментально (фотоколоримерически).
Ход выполнения работы
А. Испытание вытяжки из почвы
Взятые образцы почв (например, одинаковые типы почв под уличными
посадками в разных частях города, различающиеся по загруженности улиц
транспортом) растирают в ступке и просеивают через мелкое сито. Взвешивают на
кальке 10 г почвы в трехкратной повторности, пересыпают в колбочку или
стаканчик, приливают 25 мл дистиллированной воды. Энергично взбалтывают 10-15
мин на качалке или вручную, оставляют на ночь. Затем жидкость фильтруют через
воронку со складчатым фильтром. Жидкость е колбой стерилизуют в кипящей
водяной бане методом погружения и кипячения 10-15 мин. Горлышко колбы
закрывают фольгой. Охлаждают, затем этой вытяжкой смачивают 2 фильтра до
полной влагоемкости. Фильтры стерилизуют вместе с чашками Петри. На фильтры
раскладывают диски листьев наземных растений нижней стороной вниз.
Повторность трехкратная (по 10 дисков).
Чашки Петри закрывают крышками и ставят в термостат в темноту при
температуре +25° - (+26)° С. Наблюдения проводят через 1 сутки утром и вечером
каждого дня.
Контролем служат диски, помещенные на чистую простерилизованную воду.
Результаты выражают в процентах от контроля, взятого за 100. Или абсолютно (по
площади пораженной ткани). График строят по аналогии, как в опыте с газом.
В. Испытание токсичности загрязненной воды
Взятая для испытаний вода упаривается на водяной бане в 10 раз, ею
смачивают 2 фильтра до полной влагоемкости, на которые укладывают диски,
высеченные из листьев растений. Чашки Петри с дисками устанавливают в
термостат, инкубацию и оценку производят так же, как и в предыдущем опыте.
Количество хлорофилла в высечках можно также определить фотометрически.
Следует отметить, что работа с питательной средой, содержащей сахарозу и
элементы минерального питания (из почвы и воды) без стерильных условий, чревата
искажением результатов из-за бактериального загрязнения. В связи с этим
питательную среду лучше про стерилизовать в автоклаве.
68
ЗАДАНИЕ 2.
Биотестирование летучих токсических веществ, воды и вытяжки из
почвы по прорастанию семян
Тест на прорастание семян хорошо разработан и очень давно применяется для
установления воздействия различных физиологически активных веществ.
Биологические пробы применимы и для токсикологической оценки различных
компонентов окружающей среду (в том числе и воздушного загрязнения).
Приготовление вытяжек почв, концентрирование воды описаны и
предыдущей работе. Данную работу можно расширить за счет использования
других токсикантов (например, солей тяжелых металлов), которые в малых
концентрациях усиливают ростовые процессы, а в больших - подавляют. К
подобным веществам можно отнести и микроэлементы, которые в растениях и у
животных входят в состав ферментных систем, а при больших концентрациях
проявляют себя как токсиканты.
Обычно используют мелкие семена (льна, кресс - салата, мака, рыжика, укропа
и др.). Для достоверной оценки применяют не менее трех тестов с разными видами
семян. Лучше использовать свежесобранные семена, так как на лелталых семенах
развивается сапрофитная микрофлора и при прорастании в условиях влажных камер
(колбы, чашки Петри, пробирки) они могут загнивать и выбывают из опыта.
С целью профилактики семена протравливают. Для этого сухие семена
погружают в 1% - ный раствор марганцовокислого калия на 0,5 часа, а затем
промывают дистиллированной водой, используя два слоя марли, обсушивают на
фильтровальной бумаге на воздухе.
Оборудование, реактивы, материалы.
1) Широкогорлые колбы с пробками; 2) чашки Петри; 3) проволочки; 4) вата;
5) пинцеты; 6) большие пробирки; 7) пенициллиновые пузырьки; 8)пипетки; 9)
фильтры; 10) карандаш по стеклу; И) семена тест - растений: кресс - салата, редиса,
льна и др.; 12) токсические летучие вещества: бензол, ксилол, ацетон; 13) водная
вытяжка из почвы (смотри задание 1); 14) загрязненная вода.
Ход работы
1. На дно широкогорлой колбы помещают вату или фильтровальную бумагу,
выделяющиеся токсические пары тех или иных веществ, которыми они пропитаны.
К пробирке на проволоке подвешивают шарообразный комок обильно увлажненной
ваты, в кокорой предварительно вдавливают семена тест — растения. Другую колбу
без токсичных паров, но с ватой и семенами, используют как контроль. Ставят обе
69
колбы в термостат при температуре 25 - 26° С до начала прорастания, а затем
выставляют на свет.
Наблюдают за появлением всходов и ростом проростков (число всходов,
развертывание листочков), а затем измеряют длину и массу каждого проростка.
2. В большие пробирки на дно помещают источники газообразных
токсических выделений (смоченные ватки). Пробирки располагают наклонно,
вблизи горлышка каждой кладут сложенный втрое фильтр, увлажняют 1 - 2 мл воды
и засевают мелкими семенами мака, салата, рыжика и пр., пробирки закрывают
пробками. Через несколько дней производят оценку прорастания семян и роста
проростков путем измерения последних.
3.Два фильтра, смоченные 2 мл вытяжки из почвы, или загрязненной водой (в
случае очень слабого загрязнения нужна концентрация воды) помещают на дно
чашки Петри, раскладывают на них 50 семян, закрывают крышкой, ставят в
термостат при температуре + 25° - (+26)° С. Через некоторое время оценивают
степень прорастания семян и величину проростков по отношению к контролю,
принятому за 100 %. Контроль ставят на дистиллированной воде. В научных целях
(например, для дипломной работы) оценку производят тогда, когда семена в
контрольном варианте прорастут на 50 %.
Затем строят диаграммы ингибирования роста семян по отдельным
показателям и компонентам: процент прорастания, размер всего проростка,
развертывание семядолей и др.
ЗАДАНИЕ 3: Изучить растения индикаторы реагирующие на условия окружающей
среды.
Материалы и оборудование. Учебное пособие, конспект лекций.
Вводные пояснения: Эволюционно растения приспосабливаются к возможно
большему поглощению фотосинтетически активной радиации путем увеличения
площади ассимилирующей поверхности и ориентации листьев по отношению к
свету. В этом отношении у растений сформировались чрезвычайно многообразные
приспособления.
По отношению к свету одни виды растений произрастают на открытых,
хорошо освещенных местообитаниях, другие предпочитают затененные места,
третьи удовлетворительно развиваются как на свету, так и в тени, соответственно
они называются:
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]