Использование бесхвостых амфибий в биоиндикации природной среды

АНО НОУ «Волжский  университет им. В.Н. Татащева» (институт)

Экологический факультет

Кафедра биологии естественных наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «БИОИНДИКАЦИЯ»

 

 

Тема: Использование  бесхвостых амфибий в биоиндикации

природной среды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель…………………………………………………………Г.В. Басова                                           Группа: ЭКОВ-601    

 

 

Руководитель

(доцент)………………………(                   )………Н.А. Зеленевская

 

 

 

 

 

 

ТОЛЬЯТТИ

2011.г

 

 

Аннотация

 

    Предложенная курсовая  работа содержит описание использования  бесхвостых амфибий в качестве  биоиндикатора. Обзор литературы  по изучаемой проблеме, которая  содержит информацию о многогранности  подходов к биоиндикации качества окружающей среды в системах экологического мониторинга и перспективах использования амфибий для этих целей.

    Всего в работе содержится 33 страниц текста, включая 5 таблиц, 10 рисунков и 15 литературных источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

 

Введение…………………………………………………………………………...4

Глава 1. Материалы и методы исследования

1.1 Критерии отбора амфибий для  биоиндикации...............................................5

1.2 Выбор показателей, пригодных для индикации…………………………….6

1.3 Методики отбора проб………………………………………………………..9

1.4  Цели и задачи исследования………………………………………………..11

1.5  Практическая значимость  результатов…………………………………….11

1.6 Основные положения………………………………………………………..12

Глава 2. Материал и методы исследования

2.1 Характеристика районов исследования……………………………………12

2.2 Особенности химического состава  воды в исследуемых водотоках…….14

2.3 Структура популяций амфибий………………………………………….....15

2.3.1. Численность амфибий………………………………………………….....15

2.3.2. Половая структура популяций…………………………………………...16

2.3.3. Фенетическая структура популяций……………………………………..17

2.4 Морфологические и морфофизиологические  изменения амфибий……...18

2.4.1. Морфологические показатели  амфибий на фоне антропопрессии…….18

2.5. Стабильность развития……………………………………………………..26

Выводы…………………………………………………………………………...30

Практические предложения………………………………………………….….31

Список литературы……………………………………………………………....32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

   Земноводные – самый  малочисленный класс позвоночных  ( в мире фауне 3373 вида). На территории  России обитает всего 33 вида, большинство  из которых является узкоареальными, имеет небольшую численность  и подлежит охране. По- видимому  это явилось одной из причин  немногочисленных исследований  по применению этой группы  животных в качестве индикаторов  окружающей среды. Однако в  последние годы появился ряд  работ, авторы которых, используя  различные подходы и методы, обосновывают  положение о возможности использования  земноводных для целей мониторинга; (Вершинин, 1983; Кубаниев, Жукова, 1982; Бугаева, 1983; Шарыгин, 1979 и др.). Анализируя  имеющиеся литературные и собственные  материалы, рассмотрим критерии, по которым определяется пригодность  амфибий как биоиндикаторов.

   Одним из современных  и наиболее перспективных методов  экологической оценки качества  окружающей среды является биоиндикация. Биоиндикация позволяет выявить   степень и интенсивность воздействия  загрязнителей, а также проследить динамику деградации экосистем во времени и пространстве и выразить это в интегральной форме. Естественные реакции организма животных на качество окружающей среды часто могут быть экстраполированы на человека ( Sigel, 1980; Тарасенко и др., 1985; Пескова, 2002; Замалетдинов, 2003).

   Преимущества использования  биоиндикаторов для интегральной  оценки биосистем разного уровня  сложности в том, что они  реагируют не только на отдельные  загрязнители, но и на весь  комплекс воздействующих веществ  определенными реакциями организма  в целом ( Лыдня, Пилипенко, 1993; Пескова, 2002; Файззулин, 2004).

   Всем требованиям, предъявляемым  к видам, использующимся для  биоиндикации, отвечает озерная  лягушка (Rana ridibunda Pall.) – широко распространенный вид амфибий в Европейской части России (Чубинишвили, Захаров, 2000). Вид обладает четкими и удобными для исследования  признаками,  его икра и личинки чувствительны к загрязнителям ( Ilosvay, 1977; Freda, Dunson, 1985; Pierce, 1985; Gunter, Plotner, 1986; Вершинин, 1995).    Морфофизиологических параметры организма амфибий отражают состояние локального места обитания. У амфибий отсутствует выраженная тенденция к миграции, для них характерен высокий уровень полиморфизма, - все эти факторы позволяют успешно использовать R. Ridibunda Pall. в качестве вида – биоиндикатора.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Материалы и методы исследования

 

1.1 Критерии отбора амфибий для биоиндикации.

 

1. Широкое распространение. Ареал должен охватывать различные ланшафтно – климатические зоны, включая лесотундровую и лесостепную. Узкоареальные, исчезающие, подлежащие охране  виды не могут быть использованы.
2. Обитающие на нашей территории виды имеют в основном небольшие размеры (15-20 г), поэтому их численность должна быть достаточной для сбора необходимых материалов. Здесь также надо учитывать разрешающую возможность метода. Для микроэлементного анализа минимальная величина навески должна составлять около 5 г сухого веса (2-3 г золы) какой- либо ткани организма.
3. В силу биологических особенностей ( несовершенное строение наземных органов дыхания, постоянное испарение влаги с поверхности кожи и др.) ограничивающим фактором для земноводных является влажность, а отсюда их приуроченность к влажным биотопам, отсутствие больших миграций. Это позволяет использовать амфибий в качестве объекта степени загрязненности организмов в соответствии с развитием определенного вида промышленности.
4. Принадлежность к нескольким звеньям трофодинамической цепи. В этом плане амфибии занимают особое место. Взрослые животные являются хищниками. Они поедают те объекты, которых в данной местности много. В их рацион входят насекомые ( комары, москиты, оводы, слепни и их личинки), моллюски, черви и даже позвоночные. Сами земноводные являются пищей для некоторых, видов пресмыкающихся и млекопитающих (Шварц, 1948). Личинки амфибий питаются, в основном, растительной пищей (диатомовые и зеленые водоросли и другие водные растения). Животный корм в их рационе составляет небольшой процент. Являясь консументами I, II, III порядков, земноводные выполняют связующую роль между трофическими звеньями водных и наземных экосистем (Гаранин, 1977). Как правило отходы промышленности распространяются на значительные территории и весной с помощь талых во и осадков смываются в понижение, где концентрируется в почве, или в водной и прибрежной растительности, и развивающиеся там личинки земноводных могут явиться первым звеном в транспорте токсикантов вышестоящие звенья трофической цепи.
5. Непременное условие используемых для целей мониторинга видов – это их принадлежность к естественным сообществам. Поэтому не следует отлавливать животных в садах, огородах, вблизи поселков, на урбанизированных территориях и т.д. В результате длительного контакта с человеком у животного могут вырабатываться определенные приспособления  к действию различных токсикантов, а также выведения их из организма.
6. Для сбора материала по амфибиям не  требуется сложных и дорогостоящих материалов и инструментов. При достаточной численности взрослых животных можно отлавливать без каких- либо приспособлений или с помощью канавок и цилиндров; головастиков с помощью сачка.   

                                  

1.2 Выбор показателей, пригодных для индикации.

 

              При выборе органов и тканей, пригодных для взятия  проб  на загрязненность, следует учитывать  размещение животных на территории, особенности развития, функциональное  значение органов и тканей, их  способность аккумулировать различные  токсиканты. Следует также иметь  в виду, что в воде токсические  вещества способны находиться  в растворенном виде и проникать  в организм через кожные покровы.

   В качестве критерия оценки  загрязненности организма можно  использовать содержание, распределение  и динамику микроэлементов, в  отдельных органах и тканях  и в целом организме. У взрослых  амфибий для определения содержания  микроэлементов используют кости,  мышцы, печень, гонады. С помощью  методики полуколичественного эмиссионного  спектрального анализа можно  определить до 40 химических элементов  (Шарыгин, 1979). Однако при определении  микроэлементов для одной пробы  требуется не менее 10 особей  из одного пункта. По понятным  причинам в антропогенном ландшафте  сделать это не только трудно, но и нежелательно. Следует учитывать  и реакцию животных на возмущающие  факторы: взрослые особи менее  чувствительны, чем организмы  в период закладки формирования  органов и систем (Айверсон, 1979). Поэтому  полагаем, что наряду со взрослыми  животными (где это возможно) следует  использовать в качестве биоиндикаторов  личинок амфибий. 

   Используя яйца и личинок  амфибий в качестве тест –  объекта также имеется в виду  возможность параллельной постановки  модельных опытов и наблюдений  в природе. Кроме того характерные  изменения, происходящие у амфибий  в течение постэмбрионального  развития, осуществляется путем  метаморфоза, легко поддаются  качественному и количественному  определению. Поэтому для оценки влияния загрязнения на отдельные организмы и состояние популяции в целом в качестве параметров можно использовать: выживаемость яиц и личинок, морфологические (размеры печени), цитологические (размеры гепатоцитов, их ядер, цитоплазмы, наличие или отсутствие липосом) показатели и уровень обмена сеголеток.

 

1. Для учета эмбриональной смертности амфибий лучше всего использовать икру лягушек, которые откладывают ее в виде комка. Как правило, развитие яиц в кладке проходит дружно и к концу эмбриогенеза легко подсчитывать количество нормально развившихся, недоразвившихся и погибших яиц. В подверженных загрязнению водоемах смертность бывает значительно выше (иногда в 2-4 раза), чем в норме. Однако при этом необходимо учитывать температуру воды. Длительное воздействие низких температур (0⁰) оказывает губительное действие на развивающиеся яйца даже северных популяций лягушек (Herreid. Kinney, 1996).

   Используя  в качестве показателя личиночную  смертность следует учитывать  такие факторы, как наличие  хищников, плотность личиночных  популяций, стадии развития. Личиночную  смертность в естественных условиях  учесть трудно. Она мало заметна  и проявляется лишь в случае  массовой гибели. Однако, присутствие  в воде повреждающих факторов  сказывается на внешнем облике  головастиков. К концу личиночного  периода развития они имеют  не характерную для них грушевидную  форму тела, отечные и гиперемированные  задние конечности, сильно выступающий  осевой скелет. Встречаются животные  с искривленными хвостами, с белыми  пятнами на коже, со сползающим  с хвостового плавника эпидермисом.  Наиболее распространенные изменения,  головастиков из загрязненных  водоемов – отечность брюшной  полости и вздутый, заполненный  слизью кишечник. Такие животные  к концу личиночного периода  развития, при смене среды обитания  элиминируют из популяции.

2. Наряду с антропогенными факторами на темпы роста и развития личинок амфибий оказывают влияние температура, химизм воды, сроки икрометания, плотность популяции, продукты метаболизма животных, кормовые ресурсы, в результате действия которых увеличивается вариабельность исследуемых показателей. Высокий коэффициент вариации или его резкое снижение в середине личиночного периода развития может служить лишь сигналом неблагополучного состояния популяции. Поэтому использование скорости роста и развития в качестве самостоятельных параметров для оценки степени загрязнения среды не представляется возможным. Однако, экспериментальные и полевые исследования, проведенные нами, позволяют считать, что изучение в комплексе скорости роста, относительно прироста и вариабельности размеров тела на протяжении всего периода личиночного развития с учетом внешних факторов может служить оценкой состояния популяции.
3. Печень – мультифункциональный орган, выполняющий экскреторную, трофическую, защитную, кроветворную и др. функции. Токсические вещества, попадающие в организм, в первую очередь накапливаются в печени и богатых липидами тканях. (Барбье, 1978). Одним из наиболее чувствительных показателей, реагирующим на повышенное содержание в среде микроэлементов, С.С. Шварц (1954) считает относительные размеры печени. При этом отмечает неоднозначность действия различных микроэлементов на весовые показатели в период раннего онтогенеза. Так, повышенное содержание в воде меди вызывает резкое увеличение, а никеля – торможение роста печени у головастиков остромордой лягушки. Наблюдения, проведенные в природе, в условиях техногенного ландшафта показали, что относительные размеры печени могут увеличиваться до 60-70%, что превышает контрольные показатели на 10-30% (Пястолова и др., 1981). Учитывая, что большинство личинок амфибий развиваются в небольших водоемах и лужах, питаются в основном за счет талых вод и атмосферных осадков, и способность их печени концентрировать токсиканты, считаем возможным использовать относительный вес печени в качестве критерия оценки загрязнения организма.
4. Из ранних работ (Самохвалова, 1929) известно, что внешние и внутренние факторы, нарушающие физиологическое состояние организма, оказывают влияние на размер клеток. Однако сведений о влиянии химических веществ на размеры гепатоцитов, ядер и их соотношение крайне мало (Вермель, 1940). Под влиянием промышленных загрязнений клетки печени могут изменяться, при этом увеличивается размер ядра, а цитоядерное соотношение уменьшается. В  Благоприятных условиях клетки имеют тенденцию сохранять постоянное отношение между цитоплазмой и ядром. Экспериментально установлено, что в слабых растворах некоторых химических соединений (сульфат меди, сульфат натрия, хлористый натрий) в среднем клетки печени сеголеток больше варьировали, чем у контрольных животных, и количество клеток более крупных размерных классов было выше. В растворах этих же солей, но сильных концентраций, средние размеры гепатоцитов меньше. По-видимому, это связано с более жестким отбором, высоким уровнем обмена и интенсивным расходованием питательных веществ. Цитологический анализ животных из загрязненных водоемов подтвердил результаты экспериментов.