Реферат: Биоиндикация и биологический мониторинг
Биоиндикация на этих уровнях основана на узких пределах протекания биотических и физиологических реакций. Её достоинства заключаются в высокой чувствительности к нарушениям, позволяющим выявить даже незначительные концентрации поллютантов, и выявить их быстро. Именно на этих уровнях возможно наиболее ранее выявление нарушений среды. К числу недостатков относится то, что биоиндикаторы – клетки и молекулы требуют сложной аппаратуры.
Результаты действия поллютантов следующие:
· нарушение биомембран (особенно их проницаемости);
· изменение концентрации и активности макромолекул (ферменты, белки, аминокислоты, жиры, углеводы, АТФ);
· аккумуляция вредных веществ;
· нарушение физиологических процессов в клетке;
· изменение размеров клеток.
Чтобы разобрать тот или иной способ биоиндикации на этом уровне, необходимо выяснить механизмы действия поллютантов.
Влияние поллютантов на биомембраны (на примере клеток растений)
1. Сернистый газ . SO2 проникает в листву через устьица, попадает в межклеточное пространство, растворяется в воде с образованием SO32 – /HSO3- ионов, разрушающих клеточную мембрану. В итоге снижается буферная емкость цитоплазмы клетки, изменяются её кислотность и редокспотенциал.
2. Озон и другие окислители, например, пероксиацетилнитрата. Нарушают проницаемость мембран. Этот эффект усугубляется в присутствии ионов тяжелых металлов.
Во всех случаях особенно сильно страдают мембраны хлоропластов – тилакоидные. Их разрушение – основная причина снижения фотосинтеза при воздействии поллютантов. Процесс фотосинтеза как очень чувствительный служит для биоиндикации загрязнения среды. При этом оценивают: 1) интенсивность фотосинтеза, 2) флоуресценцию хлорофилла. В качестве тест-организма часто используют мох мниум.
Изменение концентрации и активности макромолекул
Ферменты. Действие поллютантов на ферменты нарушает процесс нормального присоединения фермента к субстрату (С-Ф). это может происходить тремя различными способами:
1) К ферменту вместо субстрата присоединяется поллютант-ингибитор с образованием комплекса Ф-И (отравление СО);
2) Поллютант ингибирует фермент, расщепляя его связь с субстратом: C↘Ф;
3) Присоединяясь к субстрату вместе с ферментом, поллютант ингибирует его: С-Ф-И.
В итоге нарушаются различные процессы, например:
· Ассимиляция углекислого газа в процессе фотосинтеза. SO2 связывается с активным центром ключевого фермента фотосинтеза (рибулозодифосфаткарбоксилазы) вместо СО2 и тормозит фиксацию СО2 в цикле Кальвина. Газообмен СО2 в принципе пригоден для биоиндикации;
Синтез защитных веществ в клетке. В клетках растений под действием различных нарушений накапливаются определенные защитные вещества. Биоиндикация связана с определением концентрации этих веществ в растениях:
· Пролин – аминокислота, считающаяся индикатором стресса. Её концентрация возрастала в листьях тисса вблизи дорог с интенсивным движением транспорта, в листьях каштана при засолении почвы;
· Аланин – аминокислота, накапливалась в клетках водоросли треуксии, сосны и кукурузы при загрязнении;
· Пероксидаза и супероксиддисмутаза. При воздействии стрессов образуются токсичные перекиси, которые пероксидаза обезвреживает. Например, SO2 вызывает увеличение активности пероксидазы и появление изоферментов супероксиддисмутазы, что можно выявить с помощью гель-электрофореза.
Пигменты. При загрязнении в клетках растений происходят следующие изменения пигментов:
· Уменьшается содержание хлорофилла. Этапы его разрушения (феофетин, феофорбиды, распад пиррольного кольца);
· Понижается отношение хлорофилл а / хлорофилл в. Отмечается, в частности у ели при хроническом задымлении SO2;
· Замедляется флуоресценция хлорофилл.
При биоиндикации все эти изменения фиксируют с помощью приборов: хроматографа, спектрофотометра, флуориметра.
Аденозинтрифосфорная кислота. Содержание АТФ – универсального источника энергии в клетке – важный показатель ее жизнеспособности. Для его количественной оценки предложен показатель «энергетического заряда» (ЭЗ).