Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Изменение разнокачественности гидробионтов как критерий биологической полноценности воды

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Изменение разнокачественности гидробионтов как критерий биологической полноценности воды"

2 6 ЛШГ 1ЕШ

роскомгздромет российская академия наук институт глобального климата и экологии

Но тгтлптэ от тчтптггтгптг

¿¿.1-1 иыиыил

Фа ттт)ггт»ттди^П Мтсготгтт Мтгг- п-^- ттл^тэтттт

1,гз1пттлгш.то ■омзипудотр.фташшпрти "ртптвпта.тгютт®

»икал ИЛ кМЬХ^ А Лини!ЬА I I > > Г 1 II > I ) -I ■ -I I- 1 " Г А - ■ ' ■ ^/и

КАК КРИТЕРИЙ' БИОЛОГИЧЕСКОЙ' ПОЛНОЦЕННОСТИ ЕОДО

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное

использование природных ресурсов 03.00.16 - Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 1993

Работа Енполнена в Институте глобального климата и экологии и на кафедре гидробиологии Биологического факультета МГУ им. Ы.В.Ломоносова

Цп Т ГТТОТ.Т а Т>ТГХГГ\таТТТТТТС1 ТТТГ • ТТП1Г»Т»ГЛ-1 ТТГ\ 11М1ТО Г»VI* V

Ли} Чши ' V ' Л. «.««и*« ^иАкАи^ УМЫШМА «Л АЬ

АБАКУМОВ В.А. кандидат биологических наук НЕДОСЕКИН А.Г.

ГУЬтггттто тги-охта ^гтттп.иа"сттп.т • ттпхлтгт г5т*п пптттпо птлтт-т тт^тгх* ттт*Лтйг»г»п-п

'* 1 * ЦМ'и'-" £............АМ • иу Л* Ш>1| UUj А» у Ш Ш

МАКСИМОВ В.Н. доктор биологических наук, профессор КОНСТАНТИНОВ А.С.

Ведущая организация: Институт еодных проблем РАН.

оогггттто ттт1сс8т*1т2152' состоится

1 ООЧ -л

в /У час. на заседании специализированного совета КООЗ>.36 О/, в Институте глобального климата и экологии по адресу: Москва, Глебовская ул., 20-6.

С диссертацией макно ознакомится в библиотеке Института глобального климата и экологии.

Автореферат разослан " " ^Л*? 1993 г.

Ученый секретарь специализированного .совета, кандидат геолого - минералогических

наук О^Со^а, Орлова Т.Г.

Г I

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акту^^ьнс^ь темы Не см о'"О Я КЗ 1Жф0рМ 5 ТИР-Н Г^ТТ-, этзлонность опоинднкзции к2ч9ствз природных вод, растущее загрязнение гидросферы токсическими отходами промышленности, сельскс-хозяйственнсй и бытовой химии потребовало срочной модернизации классической индикаторной шкалы сапробкости Колъквитцз - Ызрссонз прим^кзгт^лъно кротрэбнсстям современного

гидроОисмснитсгпнгз- Этому способствовало изменение характера сточных во1" громоздкость шкалы ее регионалъность, недостаточность количественной информации, получаемой с ее

ТТГ\жлпгпх.ТЛ TJOT."n—riTt тгс.1^ттгтгг*гр т?т.тг>^упгт>о пг«Т»«Т ПГГ>Л»Р О и '-jvrr /"¡ттг\ ттптт^о

ли 9 у ^ич А l.'UfiUl>LiJUifU*l^l I > j-l. UA WJi^WlWA ^ w •

Отгцтгм ттг5 ттг.ттсл.гг vnn r\Г»г*«тт"Zrо тт •алл^тптттптпт'т. мг\ пимТгiL'otmTjr тт.-о ттгт

I i . . . ■ ■■[ ijg ['■■[" -f - UvUVilUiJUlll . I. I. л \ ^ IIIWpiff^^JUkUMJJi UUlUlim

сзпсобности e шкалу токсобностп был известный отечественный гидробиолог профессор В.И.Еадпн (13G3). Однако, принципы построения новой шкзлы он остзеил пе5£ними. Только создание в стране сукбы гэдрсмонитэринга открыло перспективу для унификации наиболее эффективных методов оценки биологической: полноценности воды на базе соответствующего бзнка количественных данных об изменении ее биопродуктивности, видового разноообразкя и экологической разнокачественностз гидробиоитов под влиянием загрязнений

Целью настоящей работы было: показать, что уменьшение лнминисцентнсй разнокачэственности клеток индикаторной

0 ТГТ. TVnVTf ТТХ ГРТ7-П1.Т ТТП7Г р ТТТ»СГГТТГе,»# 7ТГ>Л OD^L' V VC-ATl! ТХПП ТТЗ jrraunft DO 7TLT LK'tAl W4* J JI-±J X J Dwuiaulliwill ^WVU^Utl X» UU Л4 ikUW X i-4 Ж* W ^Wl w ¿Xj W (ttW J* 1

может быть чувствительным показателем биологической полноценности

ггг»г» ttq тгаа-* тт тагУгТчаа^т'митзттм *ivr»TTr\qornnv* тт'ла г» iwwitr

4-1 C^yvi * A J-Cl—li. А.Д1П Uitwuyw WW 1 VUiUm ^'Л j UIVU

1 ид и i ь/лАт^мптаотттптугиттт'О

X il^WWiiWKIWUUix. •

Для этого необходимо было тзешить следувдпе задачи:

1. Проанализировать многолетнюю информации Слугбы

тттTi*rv4г»тгги <г\тттятп-птгцт*о г» па пхш ■от.тГ'.глтю -погта■птпгу mnrrav и a т* li^ntroo

2. Выявить, используя метод ыикрсфлуориметрии, изменения в экологической разнскачестЕензости клеток индикаторной альгокультуры под влиянием добавок к ней квоты исследуемой москворецкой воды.

3. Сравнить данные о биологической полноценности воды, полученные

классическими методами и методом шпсрофлуоримиетрии.

4ПЛппалвоФ1. тгитгг¥тгга,огтгггт игтт/^'ппттттп ттасгитт-г Лтжпьиат»г\ тгпо

оценки качества воды на базе банка количественных данных, подученных рекомендуемым микрофлуориметрическим методом. 5. Дать рекомендации для внедрения в практику Службы гидробисмониторингз микрсфлуориметрического метода оценки биологической полноценности воды.

Основные положения. зааземые в диссертации:

ХТо п отттттт»тг тах.тттпттп*г"ст ггп тттуохтга п, тпи ттфг\ гттх пгто тга паитят*

биологической полноценности воды, следует устанавливать не только Еидовсе разнообразие гидробионтов, но и их экологическую разнокачественность, под которой понимается величина их интегрального отклика на конкретное внешнее воздействие оцениваемое единой мерой: функцией желательности.

Фактический материал. В основу диссертации положены результаты ежесезонных наблюдений на реке Москез в 1989 - 1992 гг. совместно с МосЦГНС, МГУ, а также результаты экспериментальных работ' с применением современных методов гидробиологии, биофизики, микробиологии и математической статистики.

"зучнгя новизна рзботы. заключается в экспэриментзльнсм обосновании возможности унификации многочисленных биометодов индикации качества воды на базе банка количественных данных об изменении экологической разнокачественности клеток индикаторной альгокультуры под влиянием добавок к ней кеоты загрязненных еод.

Практическая значимость исследования состоит в обосновании рациональности внедрения е практику Слукбы мониторинга вод эффективного экспресс-метода оценки биологической полноценности вода, возводящего в короткий срок создать банк необходимых для этого количественных данных.

Апробация -работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах отдела мониторинга пресноводных экосистем и

палеоэкологии Института глобального климата и экологии (ИГКЭ), лаборатории гидробиологии Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, а также на заседании Московского общества испытателей природы (МОИП 3 ноября 1992 г.).

Публикации: По материалам диссертации опубликовано 4 печатные

. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав: обзора литературы, описания объектов и методов исследования, экспирементэльной части из 2 глав, обсуждения результатов, заключения, еыеодое, списка литературы ( 'АОО наименований, в т.ч. 5~0 иностранной) и приложения. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит

таблиц и рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определены цели и задачи исследований, актуальность, научная новизна и практическая значимость работы; сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

Гл.1 Обзор литературы. Дается анализ классических методов

пттатлпг Лггп гтг^тгттапхгпП- тгпттппаттиппппт тзптты П/1ттгп(зпп*пс1 тгтт/-\ -ггагт^тт.

ицишш ии^^их иикшицшшии 111 1|1а . мудии ^ иЛ и^м

зеленых микроводорослей, как объекта для биоиндикации качества еод. Известно, что в современных условиях ЕидоЕое разнообразие организмов существенно уменьшается особенно в климаксныХ' и загрязняемых экосистемах. В связи с чем, данные, полученные классическими методами оценки биологической полноценности еоды, необходимо дополнять данными токсикологического анализа и экспресс-методов, позволяющих оценивать изменения экологической разнокачественности гидробионтоЕ.

Гл. II. Объекты и методы исследования. Москва - река, левый приток Оки, впадает в нее на 848 км от устья у г.Коломна. По длине (502 юл) она занимает третье, а по величине площади

тэг\ттг*г»Л/-тс| М^СИП \ ттафг>аг\фг\а ипрфп п-паттт* -паи* Пхгп^ппп

У • I хин / 11..............................................................................

бассейна. Sa поток реки Москва принято считать р.Коноплянку, которая Еытекает из болота и впадает в оз.МихайлоЕское. По Еыходе из озера, рзка получает название Москвы - реки. Речная сеть в бассейне р.Москва хорошо развита. Около полоеины площади ее Еодосбора приходится на участок реки Еыше города Москва. Формирование стока реки Москва и ее притоков осуществляется за счет вод снегового - 61 %, дождвеого - 12% и подземного - 27% происхождения. Основным источником питания для рек этого бассейна являются талые снеговые еоды, составляющие в Еерховьях реки Москва до 6t,3% .Вниз по ее течению возрастает роль подземного питания.

В настоящее Бремя естественный сток р.Москва сохранился лишь е самом ЕерхоЕье; ниже г.Можайск сток реки регулируется некрупными водохранилищами на притоках - Истре, Рузе, Озерне и р.Москва у г.Можайска. Ееодом е строй москворецких водохранилищ

(Истринского, Можайского, Рузского и Озернинского) зарегулирован сток с 52S площади водосбора реки выше г.Москва. Все москворецкие водохранилища изымают из ее естественного паводка около 450 млн

гт1 а - гттшпгитл ттг\ ттг\тэт*глг оа тт ттг»таттаииг\ лфпотф аттг

»1 ' " V',' " ) *4W rflUUlUlj WW UVUU1HU «Л UW W * W Л* W4M4W WA^UtWA LJ ij

воду потребителям в течении остальной части года.

Река Москва принадлежит к гидрокарбонатному классу средней минерализации. По составу катионов вода реки относится к группе кальция (Алекин 1970). Вода р.Москва типична для многих рек Средне Русской возвышенности, в питании которых не играют заметную роль озерно - болотные еоды.

' Основным! источниками загрязнения на протяжении р.Москва являются сточные еоды городов, домов отдыха, санаториев, а так же загрязненные еоды смываемые с пойменных сельскохозяйственных угодий.

Пробы еоды ежемесячно (с мая по сентябрь 1989 - 1991гг.) отбирали на 8 станциях, расположенных на 250 км. участке р.Москва, от Можайского водохранилища до г.Москва включительно. Первую пробу брали Еыше Можайского водохранилища у деревни Барсуки, II и III - Еыше и ниже г.Можайска, пит- недалеко от г.Звенигорода (е створе Биостанции МГУ и ниже города), vi - выше п.Ильинское, vil - у бывшей Бабьегородской плотины и VIII - в г.Москва ниже Московского нефтезавода. Все указанные станции

использовались в качестве реперкых точек службой контроля

K2Ti8 ст°2 воды ko.M5IT8T2 СХрЗНЫ гтс1гоол1 РСФСР (рпо • 1 ) •

Для биологический оценки качества воды в упомянутых течках, с ттг) и и II ст01ГСЭ-И* сргз*п!змц планктона *

1. Фитоплаиктсн отбирали 2 л. батометром или стеклянными бутылями (0,5 л.) с притерттыми пробками и фиксировал:! его раствором лкзголя. Пои малочисленности фитопланктона его кснцентгпгсвалп на фпльтоэ Зейца с мемс^анз21ми фпдьтсамн »и» 5 или 6« Численность мютоводосослей учитывали в каметзах Налета и Фоанцева.

Зоопланктон от сыграли сетью Апшттейнз, улов сливали в сте?:лянные банки с пробками (0.5 л) и фиксировали 4 % раствором формалина. Количество зоопланктетзов усттаяазлиЕали в счетной камере Бсг^роЕэ под бинокуляром. Идентификацию организмов планктона бЗщёствляли под микроскопом ?.ЕИ-3 (фито-) и бинокуляром f/EG-Э (300-) с помощью стандартных определителей (см. ДИССЭОТЗШПЭ) • Все TVyтгЧГ1ОГгпЭTTQ ЧЯ^МЫЭ О^ГРЗЧИЗМЫ СМСТ^^ЛП у.учу-тутт для идентификации диатомей готоеили специальные препараты. Зимой пользовались ледсбурсм^х-И'-ззг и npo%i йп-я улурримЕтрих).

Бентосные организмы отбирали дночерпателем 2кмана-Бердз:э (1/40 ) С ПО СДУ^ЕСМ °ЗЯФСГ'С Г'ОУНТЗ* т-Т5рЭЗ Ci'OTSMy

?»* 8 Т 3 S OKI ОС С'ГГ 73 КОТООЬ£^ 0GKTOHTO2 ЗЫС1ГСЗЛ1* TON* 3

С Ti3 КЛЯРЧНЫ9 d3i5G*e

Качество исследуемой воды - индекс ее сзпробности (S) -определяли по методу Пантле и Букка с использованием Атласов срганизмоЕ-лкдикатсроз сапосСности (УыйзпдтроЕанные методы

тгпп та TTi-voatTTra 1ге|ггйг»тза — г*тг г г Q Р'ЗП i ОТУ ^ f otmrnnu и о tiC/yA ^

JtWUIiW UW^. l.W. 114. UUU , I V I f / IMMtlij \ I w i / ,

а по биотическому индексу ВудиЕисса в модификации Б.Н.

Пи-Энииыной (1 °85) для бассейна Ст^днэй Еолги.

Биолопгсескую полноценность годы (Дедз, Экологический

^UTTYTVJVOTTQ T^rt^d nvrrf^ t/пПГТГЗр. pJT ТЛС тт Г\ УТ yrt с uiw^l^yOSCKwi*

СС2 ЗН1П5СЛ01ГоД1"* > 1939 С 34) ОЦбВГВЗЛИ ИЗ И2М8Н92212) ЗК0ЛСПП8СК02 р23НСК2ЧеСТ2вННССта (Л22ЛИН5СЦ5ЕЦИИ) КЛ9ТОК ласерзторнея культуры (ПОТГ/ЛЯЦЕИ) 36 Л8ЕКХ ХЛОООКОККОЕШ водорослей Scenedesn^ qualrioauda (Turp.*) Kut:.. Изменения 1Ю0ДС«Л221ТаЛЬН0СТ11 II r^ITS^CIS^CCTII С38Ч8Н21Я НО Л0000Л Э it —

iTQTiet'mATvvo ттгчтт ^ t»t»<stjttom т^.т тта Tr»rQ»»tTT ъптт • |'ла о тгтт tir

wutufltf« til ¿¿W wwtw J MW«^ } A w J«**. W Ш W«4U «-»W

»fTrtr^^V*» trrvm^tJATSV^ i" ГГ^Т" ^ CT? < ^ ^"iV-HTflHO

I в Ы Wyii J W X M'4 J W 4 U » \ * W w***« iwwt / ) '««IWll

в - д. Барсуки V? - г. Можайск (выше города)

к - г. Можайск (ниже города) в - г. Звенигород (Еыше города) z - т. Звенигород (ниже города) Р. - п. Илыгаское ? - Еабьегородская плотина (г.Москва) и - Нефтезавод (г.Москва)

Рис. 1. Карта - схема станций отбора проб

которой приведена на рис.2. Работа упомянутого выше агрегата основана на "зффекте Стреллера". Суть последнего состоит е том, что после облучения микроЕодорослей еидимым сеотом, например, от электролампы накаливания, они некоторое время светятся в темноте. Послесвечение имеет 2 максимума. ПерЕый характерен для т.н. "быстрого", Еторой - "медленного", менее интенсивного, но более продолжительного свечения. Упомянутое послесвечение хорошо регистрируется соответствующим фотоумножителем. Если облученные водоросли подвергались какому-нибудь экстремальному воздействию, их послесвечение почти адекватно силе воздействия или оно не проявляется совсем. Это позволило создать фосфороскоп, на котором констатируют силу экстремального воздействия, оказываемого на еодоросли или их лабораторную культуру. Дальнейшее изучение индукции свечения ео времени дает основание утверждать, что "быстрое" СЕечение характеризует силу воздействия на фотосистему I, "медленное" - фотосистему II водорослей.

Предлагаемая микрофлуориметрическая установка отжчнется том, что спа включает микроскоп ЛШАМ (рис. 2, поз. 9). Это дзет возможность определять интенсивность свечения, излучаемого одной клеткой или тетрадой клеток, как это имеет место у сценедесмуса.

Затем методом "функции желательности" тетрады индикаторной культуры сценедесмуса ранжируют по их разнокачестЕенности (интенсивности флуоресценции) на уровни их экологической адекватности. При этом наиболее оптимальный уровень свечения принимают за эталон. Специальная программа для ПЭВМ, построенная на основе кластерного анализа, позволяет быстро выделить из банка экспериментальных данных акватории - реперные точки, в которых уровень флуоресценции индикаторной культуры сценедесмуса соответствует эталону.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Гл. III. Гидробиологический анализ качества воды на исследуемом учаске реки москва. Для проведения биологического анализа качества еоды был Еыбран 250 - километровый участок реки Москва. В пределах его Еодосбора представлены территории с разнообразными формами народного хозяйства с характерными для них сельско-

1. Блок питания ФМЭЛ 1 - А

•3 /Г*П1Г 1 _ д

3. Блок питания КГМ 9 - 70

4. КГМ 9-70

5. Блок питания дополнительного осветителя

6. Дополнительный осветитель

7. Усилитель У 5 - 11

8Пс1Млпт1прг|

■ иитиими&Ц

9. Плоскость препарата, установленного на микроскопе ЖШМ

Рис. 2. Елок - схема микрсфлуориметрической установит.

хозяйственно-рекреационными и промышленными сточными 1. пункты с, тс, в, ни н, ъ, Р, N соответствэннс). Креме того, з пределах упомянутого участка реки расположены реперные течки, на которых Госкомгидромет проводил многолетние наблюдения. Упомянутая информация могла быть использована для сравнения с нашими результатами. Данные оценки качества еоды на псследуемом учаскв р. Москвы представлены нз совмещенном графике (рис. 3).

о -

1 -

2 -

3 -I

4 -

В1

ь

1386-1391 -

в

\

* 1989-1331

10 9 о 7 в б 4 а

О Н

I I I

I н Р

ттттпглгтои

РИС. 3. С0ЕМ8Ш8ННЫй ГЕЗфИК 2НЗЧ8НКй КНД9КСЗ СЗПрСбНССТИ (5) йютичэского ¡¡кдбксз (Б1 ^ в пзрисд 1999-1991 гг•

р

\

\

\

р

Как еидно на этом рисунке значение индекса сапробности, е большинстве реперных точек колебалось е пределах р мезосапробной зоны качества вода. Только в точках Б, л, р, N оно опускалось до а - мезосапробной зоны. В то Ерэмя как значение биотического индекса, определяемое по ВудиЕиссу, СЕидетельстЕОЕало о значительно большем загрязнении бентали, чем полагали, особенно в точках Р и N.

К сожалению, гидробиологический анализ состояния природных вод проводят преимущественно е теплое Еремя года. Между тем данные гидрохимических исследований часто говорят о том, что в холодное время года, особенно е подледный период, ситуация может значительно ухудшаться, еплэдь до заморных явлений. Это заставляет искать надежные и быстрые способы для оценки биологической полноценности еоды - ее экологической адекватности.

Пг\ ттшпамтг игааттипп афтти* птпа^ппоша»! тгттлппаноппаоф шофлп лттртлтт

НишОн^ тллил!«*!^, ьЗхлмм Х^иииишиыип j 1 [чй ъи^ УциШи*

качества воды по изменению флуоресценции (разнокачественности) индикаторной культуры микроводорослей под влиянием добавки к ней кеоты исследуемой еоды.

Гл. iv Мжозофлуориметрический метод определения экологической

адекватности или биологической полноценности воды по изменению флуоресценции индикаторной культущ сценедесмуса. Напомним (гл. II), что облучение культуры Еодорослей видимым сеотом сопровождается их послесвечением. Предварительное воздействие на водоросли какого-нибудь внешнего, особенно, экстремального фактора, способно ингибироЕать указанное послесЕесение. Изучение этого процесса ео Бремени позволило сделать заключение о том, что различные внешние воздействия, например, загрязнения, могут нарушать структуру фотосинтетических белков, изменять их разнокачестЕенность, а также функционирование I и II фотосистем, что отражается на послесвечении хлорофилла, регистрируемом соответствующими фотоумножителями.

Для подготовки к экспериментам было необходимо вырастить исходную культуру Еодорослей. Исходная бактериально чистая культура ЗсепейвЕиин ацас^саийл (Тигр.) К^г. была любезно предоставлена нам с.нГс. каф. микробиологии МГУ игл. М.В. Ломоносова И.В. Мзксимоеой. Для получения индикаторной культуры

TTUTWtr ШЛППТЭО ТЛЯ ТЭ пT'a"ПТЖ ТТТ.TTT.TV ТГП ТТПТЭТТСТТ VATTMTTO nWTfO vn TïrftT fn^tÛH QHH

«UAWikj >/U> J.£SWJ_< Cl «¿1Л Л J-l SJ »■ J UtflUUlUlA y ¿bWAs* iu U1U1U ¿hW^lWiA ^ W W UW1U <_< S-/W

мл) с жидкой средой Тамия 10 мл. упомянутой водорослевой

лтглттлиотжаУ!! гаграм т/о ттЛгт ттпмошо тп* о ttv» лтетл рфоф пли о. т*

W j UUU11UUVM m UU 1UIII| MUIIIWU^UllUl XJ 1/UUllLJillU W A X I hJU W Jl

освещенности в 2200 люкс и культивировали 7 суток. По литературным данным в это время водоросли проходят период первичной адаптации и наиболее чувствительны к каким-либо воздействиям. На восьмой день после инокуляции отбирали Ю мл исходной суспензии Еодорослей и высевали в стеклянные круглодонные колбы (объем 1 л.), которые заполняли природной' речной еодой (е количестве 300 мл.), езятой в соответствующих

■патта'птл.ттг тптттга-v ( р»* т\т*г» 1 ^ Т^тгттт.»лт»тэттг\тэоттттр or* ттгтлг\р natt хто

^^t^w^iA mft iu utua \ Lm i ыш • t ) . л и j ulu л. xjw^w^iw Ли

фильтрованной природной еодэ проводили е условиях, аналогичных культивированию исходной кольтуры.

На еосьмыэ сутки культивирования пипеткой (объем 1 мл. ) определенное количество тщательно перемешанной клеточной суспензии водорослей помещали в специальную ячейку, накрывали ее покровным стеклом и помещали на микрсфлуориметрическую установку (рис. 2), любезно предоставленную нам доцентом каф. биофизики МГУ С.И. Погосяном.

Активность фотосинтетического аппарата оценивали посредством регистрации индукционной кривой переменной флуоресценции хлорофилла. К замерам приступали после 10 минутной темновой паузы, в течении которой тетрады клеток оседали на дно ячейки, что обеспечивало их неподвижность при регистрации индукционной кривей. Последнюю записывали примерно от 40 случайно Еыбрзнных тетрад. Регистрацию индукционных кривых осуществляли трижды на 9, 11 и 13 сутки опыта.

Как показано на рис. 2, для измерений пользовались отечественным люминесцентным микроскопом ЛЮМАМ, оснощенным люминесцентной фотометрической насадкой ФМЭЛ - 1А. Временное разрешение регистрирующей системы, определяющей интенсивность СЕвчения объекта, составляло 0.5 сек., что позволяет фиксировать переменную флуоресценцию. Флуоресценцию клеток сценедесмуса в препарате инициировали регулируемой галогенной лампой накаливания (КГМ 9 - 70) через стеклянный светофильтр C2G - 22, интенсивность возбуждающего СЕета уменьшают нейтральные светофильтры НС - 6 и НС - 7. диаметр фотометрического участка в препарате, с

пЛ'сс.и,т»т*тэп»« хЛГр^ г»пг»тст тгаан пг/т\ пп ОС чпл« Отл оггг\ пхга тюгэ-плшттт

и'-" I } иии 1 ▲ и |'иы1| • Л и *

уловить сигнал от 1 тетрады клеток сценедесмуса. Для усиления регистрируемого флуорисцентного сигнала использовали усилитель с напряжением 0.05 в. Кривые индукции записываются электрическим самописцем при скорости движения пера 50 сек/см.

Рис. 4. Схема кривой индукции хлорофилла.

переменной флуоресценции

Таким образом в результате работы на микрофлуорпметре был получен исходный материал для дальнейшей обработки. В целом в экспериментах проЕвденных на пробах природной вода, взятой на исследованном участке р.Москва было зарегистрировано 999 индукционных кривых переменной флуоресценции хлорофилла клеток микроЕодорослей. В среднем на каждую пробу, отобранную на той или иной станции (см. схему отбора проб на рисунке 1), приходится около 124 тетрад клеток.

ТТ rrcj пАтл ^ г!/-\ттгтт -паатг ттт.Фатптэ аиптталтп»оиФптэ xior\rtvn тгтшдо rtt-T rrrs

iflM t UU^IUWU A ¿U* XJ>~' Ы j i U 1UU WikUUW^IMxOil 1UU 11U UWiWU^UOU UUlliJ

Еыбрать подходящие показатели. Выбор каждого конкретного показателя начинали с анализа литературных данных, затрагивающие связь между процессом фотосинтеза и индукцией переменной флуоресценции. В качестве параметров могли быть использованы следующие: амплитудные значения кривой в стандартных точках Р,s,м,т (см. рисунок 4), значения времен доеттижения точек s,!i,T, индексы амплитудных значений в точках p,s,M. Их расчитывали, как

ttor»'mir\q г\т* îtq t7qttttcj т*тттгттт»тгтттглт»п г>ттаттаит»а г»г\г\ттэа фг^тэтплто^ гппттт/т* v

"it-tw iilwij W A ^ ¿ипП UIIUMUiA j W UllU IViWiil www л. w a ¿-i j wu^u «a л w uut Л

амплитудному значению в теше Т той же индукционной кривой. Индексы значений времен достижения точек s и м, которые расчитывали, как частное от деления Еременных значений соответствующей точки к временному значении в точке Т той же индукционной кривой. Наименования некоторых Еыбрэнных параметров, принятых к последующему изучении приведены в таблице 1.

Дальнейшую оценку качества клеток популяции водорослей проводили по этим параметрам, Еыбраным в качестве анализируемых признаков.

Каждой тетраде клеток мы присвоили индивидуальный номер и с помощью програмы для ПЭВМ "Paradox" сформировали матрицу данных, е которой в качестве переменных присутствовали приведенные выше параметры.

При исследовании разнокачественности особей, которую мы считали откликом группы на комбинированное действие каких-либо факторов, появилась возможность характеризовать группу (популяцию) е определенный период времени и в конкретной ситуации.

Для реализации такого подхода было необходимо Еыбрать МЗТРМЗТ1Г-18СКИ8 ДСТНЗ ПЭ^ЗХОДЗ ОТ ^8 ЗЛЬКНХ П0К233Т8Л9#* К *

- 14 -

представлениям о качестве объекта исследования.

Таблица.1. Используемые параметры индукционной кривой.

Пет омапнч 4 Ь Поо^Рагппглптппгтг^ ТПТООФПУ хгпттпЛ" у стаитпатиточгоил.г^' атагт Лтп«т»г»г»тжх1Фа»эо и А ии * V-/ 4иии

АМПЛЕТУДД 1 мзх Р гтагтгптш.тУ* оъгттагтФПт\ »дот иу^ыи И11111 А и^ шил слрпФато паи

1 щ!^ с? пиппаитла ^тггтапттаитттлтг т* иа- д, иллиы! «и и1ъи1 и ах г^тпЛРулттлчттттагчгА-пп \ л ичл^л^ит* ихъих и /

М циклический Фтлаиппутпи Ж

плзте Т Н8 ЦЙКЛИЧ6СКИЙ ФГ\ аТТПЛТУП гг» •а пахгттгмтп-о

временные 1.Т.1П. пт> Г\ ттп с: «* V и пт/пг\/-\ птц. Фтппоттгта и АЫ А ^ШУ ШШ Л ТП ТГ\П Л О Т Тит ттлт*

2хгха пт П ттп м хштенсиЕность тгтпг ттттттаг^ппп Флоиптт ■ ..—..«. ч^шч ». и • •а поитлАипи

плзто г\ф П ттп Ф интенсивность гтатгатл шша пггпт«п иицаимш гишм! ЪУ тгпохтпттлтлфо о ттахлтттхти А ^ии иии^ А <_» л ^ииии

Для каждого показателя требовалось построить шкалу, которая позволила бы оценить индивидуальные особенности каждой клетки БсепейеЕтив чиас1г1саийа е отдельности по анализируемому показатели и получить для него значения частных функций отклика, обобщение которых, в результате привело бы к получению интегрального отклика. На этой шкале характеристики отдельных клеток должны были распределиться на отрезке от 0 до 1, где минимальное значение должно соответствовать абсолютно неприемлимому значению параметра, а- максимальное - такому его значению, которое можно было бы считать идеальным. Есе промежуточные значения параметров будут выражаться числами от нуля до единицы, определяющими степень их приемлимости.

На этом этапе осрабоки данных перед нами возникла проблема

Еыбора критериев нормирования. На основании литературных данных

тэгз от;т*/~\ птэ аотг

флуоресценции были Еыбраны значения признаков принимаемые за норму. Их значения подбирались исходя из активности фотосинтетпческого аппарата водорослей в оптимальных услошях. Значение параметров принимаемые за норму приведены в таблице 2. О свойствах клеток в пробах судили по отклонении значений показателей от заданных нами, при этом отклонения в сторону уменьшения или увеличения значений от заданных считали не благоприятными.

ТоК тттгтт с\ О Оттатто иг* а ттстстда ттллтэ гтттитг» д о а л п.та гэ о "ттптллдтг И

(индукционной кривой)

II

III

IV

V

1 мин.ампл.

2 макс.ампл.

ППОФП силттт 1М1и А. О ■

1 мин.Ерем.

2 макс.врем, плато Ерем, индекс I индекс индекс

индекс

II

III

IV у

значение "нормы"

среднее мода

минимальное минимальное минимальное минимальное мода

минимальное максимальное

ъятптгяъяа ттт.ттпо

пиииипишииии

минимальное

Реальные значения признаков преобразовывали с помощью специальной программы для ПЭВМ, алгоритмом которой являлся расчет по экспоненциальной кривой нормированных значений параметров, учитывающих отклонения реальных значений признаков от заданной "нормы". В результате были найдены частные значения характеристик

"□т^аш у

т-о ЧПТПП0СЛ9Й И

частных откликов особей. Интегральный отклик расчитывался для каждой особи е популяции е отдельности как среднее геометрическое

частных характеристик. Клетки микроводорослей, е состе6тстеии с

еьгшс нным 1ент8гр2дькым иск332т9л 9м к2"8стзз» былп р2спр9д9л&чы

на единой шкале е виде нескольких групп. Наибольший интерес привлекают некоторые из них. Этим и обуславливалось их болеэ детальное изучение. В процессе дальнейшей обработки шкала была разбита на три у слоеных отрезка. Первый от 0 до 0.2, Еторой от 0.2 до 0.6 и третий от 0.6 до 1. Прогели подсчет числа особей попавших в два крайних отрезка, первый и третий, в процентах от общего числа особей. Качество клэток распределенных е первый отрезок мы интерпретировал! как нэприемлимое. Соответственно, качество клеток распределенных в последний отрезок как найболее удовлетвозяющее условиям нормирования. Данные по количественному

Раг»ттпр тта иаттггм I.-ттап^тг тз^ттгуп/чп ттаУ* гг^ АФлапио«* гггс'О тп.т

ыои^с^З^Зшми Гм1и 1 иА ыи^и^имшд * » ^ М П 11 П 1Ц'| Ш^ОиПиЛ шьиаи.

приведены в таблице 3.

Таблица 3. Соотношение ранзггоованных 'значений обобщенного показателя качества клеток Зоепгйггггиг ^•¿гйг^.саийа

ттппЛо ТИИ-1СТаиШ.1Г VТТЛтл-м.- Л ТТТТ'ЭТ.ТГГ V

иыиии IV /и -I ■' ■ - ■ * ~ V-"'1'

1

п 41.0 с г/ и ■ ■

ли 41.5 2.1

XI •' С 0.78

р С7 п -XI .и 0 ¿Э

»7 £3.5 1.4

и 55.5 5.2

и 40.0 1.9

К со г> им 1и 1.3

стоттлг\ ттад соот*"*"'

^р:иодится на пробу со станции е районе деревни Барсуки, на этой же станции отмечена максимальное количество приближенных к

•Э а ттатттгллЛ" пллша V ттатгутл 'З'пп ттгтэтэг» тттт ттп ттанж тзх.ттта тттжт'г. гтг\Лтг тэг\ тттт лп

станции с, как наиболее подходящую для существования культуры Еоепейезямз quadI^icauda. В связи с этим, на Етором зтапе ранжирования модальные значения признаков, характеризующих клетки

е пробе Б, послужили основанием для нормирования на основании, своего рода, "внутреннего стандарта". При этом за "норму" ж принимали сеойстез эффективно функционирующих клеток, культивированных на природной еодв и таким образом, в большей мере учитывали особенности исследуемого Еодоема.

Преобразования выполнялись следущим образом. Среди реальных значений каждого из двенадцати параметров, характеризующих качество клеток в проведенных экспериментах, Еыбирали наиболее близкое к модальному значению соответствующего параметра в пробе и. На основе этих значений, принятых за "норму" расчитывали ноЕые

%

60 г-

0 v/ р 2 н я в n 31 ЗВ Зэпоа 1 ШЗбвИеа 2

угнетенные близкие к "норме"

Рис. 5. Соотношение ранжированных значений обобщенного показателя качества клеток микроводорослей по результатам нормирования на осноеэ "внутреннего стандарта"

частные характеристики для всех клеток по каждому параметру. Затем как среднее геометрическое Есех частных характеристик определялся новый интегральный отклик каждой особи. В результате произведенных преобразований, с помощью упомянутой ранее программы для ПЭВМ, нами были построены гистограммы частот распределения ноеого обобщенного показателя качества особей. Соблюдая введенное на первом этапе обработки результатов разбиение единой шкалы на три условных отрезка мы подсчитали, процентное соотношение клеток, распределившихся по двум крайним отрезкам. Полученные результаты приведены е виде столбчатой диограммы на рисунке 5. Из которого еидно, что это соотношение на станции о в большей степени соответствует эмпирически?,1 представлениям о том, кзкоео должно быть соотношение эффективно и

V/ 0.83

н 0.88

я

0.41

N 0.20

0.7

В 0.28

Рис. 6. Сравнительная характеристика станций отбора по результатам анализа экспериментальных данных

проб

неэффективно функционирующих клеток, изучаемой альгскультуры, при адекватных условиях« Наивысшее относительное количество клеток с нарушениями функционирования фотосистем отмечено на станции в и N. Для проведения дальнейшей сравнительной сценки стечени адекватности еоды, для еыкиезния экспериментальной

злъгспопуляпли ».ты 229ли д отгостит* тя л'ь^тт-гд' п0к232тэлъ

характеризующий отношение числа эффективно функционирующих клеток, попавших е третий отрезок (от 0.6 до 1) на шкале

■папттпотто ттоттга ттс*г»т»пи V ттгяп тттг тплюфошл.г7 'тгттагрох," тюпттаттатптотшггпа

- > J Л. Л. ^ ¿ЬНИ^ЛШ!», ^^инии^^ ^^ ■ . —4. .

е первый отрезок (от 0 до 0.2) той же шкалы. Как видно из рисунка £, наиболее адекватной яелязтся вода, отобранная на станции Б,которая располагается Еыше других по течении реки, кроме того, между ней и остальными станциями располагается ряд крупных населенных пунктов и промышленных обьектов. Этим, вероятно, и обуславливается ее относительно более шсокая степень' адекватности. Наименьшей степенью адекватности хавактеризются гггобы отобранные на станциях N и Е. Олна из них расположена в 6С0 метрах ниже по течению московского нефтеперерабатывающего заиода, само наличие котооого может Сыть объяснением этого результата, другая ~,г~в вайоне биостанции ^■^У, низкое качество воды в кетовой ссъясняется резко повысившейся в послэдние года антропогенной нагрузкой. Есе остальные пробы по степени своей адекватности располагаются между пробами э и п. По мере движения ениз по

т'опатттгтп тютгтг тт о ^ тттч ттоотпа птттт^атттта пфп тто гттт о тто т/тэ о тттто оттт ттппЛ

Ж ^ гиими цицииц^иу « Ша* О А Сии ■ • " к-»-»!—< иш иуии у

связаное, по нашему мнению с количеством объектов-загрязнителей, воздействующих на водную среду обитания водорослей.

Таким образом, Есе обследованные станции отбора проб можно быстроить е порядке убывания степени биологической полноценности г: 5-од с-лодугсши образом:В > 77 > к > р > г; > к > к > е.

РтГ V п/^птгч^ттаитта ■паптгттт.тот'^тэ 1)пПП[|.п — ТТ^Т ТТОТТПТТТ ППОМОТПаТТТТГЛТТ*

графика (рис. 3) позволяет сделать заключение о том, что организмы фито- и зоопланктона, слабо представленные в то-шдэ реки, не могут быть надежным индикатором чистоты ее еод. Хорошо

тэтггтт^ тт»т"л тгпаг •петто'П'эгтт тг«*ттлпт пОТГППГ4ХП.Г^ тг*?ттд тгг» тэптт (с; ^ »т

характерен для (3 - мазоезяробной зоны. Это могэт еызезть у с 0 тру дн21к0 в соответствуете слу2»б контроля к24э стез воды

- 20 -

отгачгтп тгЛ1Гтпт//поъттт^"ч-»т1т. / uownTrj Лтгг» оно тггяп о rmo ntrtrr on тт

1976). Вместе с тем анализ, проведенный rro методу ВудиЕисса ярко свидетельствувт О том, что дснный ОСЗДКИ, по МЗрЭ ПРСДЕП29ЕПЯ К

Москве, значительно загрязнены, ососенно в точках N, р, 2 и В ^trarrvr^c 23НС Д г. москвз" СзбЬеГОРОДСКЗЯ плотина , г Москва* еюсэ г. Звенигород; биостанция МГУ, еыше г. Звенигород). Загрязненные денные осадки все больше являются потен22*алыщ?л источником загрязнения воды в реке Москва. В диссертации приводится историческая справка сб изучеыш гидрсоиологами р. Москва Постояннее наблюдения, ггосвс,1П1мые лаборатерпей каче ства BOTrtT кафедры гидробиологии МГУ со^мес^о с ■ ссттрудникамт* Рублевской еодсггроЕОдной станции, показывают, что в последние оды количество фитсплз1пстснз резко выросло * Это сбъясчяа,т,са смывом удзорекнй с полей и зарастанием р. Москва высшей водной растительностью. Это заставляет поинять вопрос об уменьшении ттппл гг. зовзнпя '' 0браннй в cq ^^ ckcm "созяйств^ ^ст^тттс» «т» v

с 70-х годов самоочистительная споссоность реки практически равна тттг тпг> (x^vob 1991) Кроме тс^о ззиле!П19 до^52ых пасков в р^йс^*2 ooct^itopoдекей биостанции МГУ, из-за распахивания поймы п^д СЕошные культуры, полив последних аммиачной водой, сброс домами Qmttlt^tп ПАВ—детергентов * почти полностью у*пптс«кплп пескарей rjnn патгие 0 подтверждается токсиколог а^ди Работающими в этом ^QrrrQXJQ ^ Q22 указывают также, что здесь в воде присутствуют небольаие количества органических растворителей. Еместе с тем райо° д .Варсукл, с прибрежными лесами и полевы?ли культура*»*** остается практически чистым (вода реки здесь соответствует 0 - р

_ %»о»эплоттплЛ'ап^ потто vistra от'тэо ^ П тта ттчгап» ттг\ imonvuifi't. ттт«п та п n^rlrv

п от»я o'jcotjuvr водах, могут происходить не значительные мсдуля1П1П ct.T> tio затрагивающие icc структуру (А бакумов 1Э91)

Qmyovq накапливаясь о«пх пэрехсдят в зкологпче ские мо*ц*£**ка*пп* rtrrnttatrQ3Qo (Телитченкс, Курочкнна, 1991) Нужно стметить, что на состояние ялов выше и ниже г. Можайска очень влияют сточные воды Мс^чайсгсго ттолн > 'рафичеокого ксмс!п*зтз Сове«иа1п*е по методам сис "огич^сксгс анализа пресных вод ^йК СССР 1^76) kov мы

указывали вше, отметило нэбсльзул индикаторную ценность организмов Ёитспланктсна Однако асли оттонивать качаг,тос воды

■CTTtrrs'ov»* г» vcn'-ir.*

индикаторной культуры микроЕОДорослей, их чувствительность может быть значительно повышена. Как свидетельствует гл. и экспериментальной части, в нашей работе реализовано положение проф. В.Н. Максимова, (1991) о том, что "для любого организма (или популяции) другие организмы (или популяции) должны рассматриваться как факторы среды,' равноправные с физико-химическими фактора?,?и. В этом случае понятие качества среды практически становится идентичным понятию "состояние эксистемы" (и в определенной мере понятию "состояние популяции", как

хгп**ттгуяат1Фа 0т/,г\лттнгт'0*жт.т ^ т» V гТютли ТГПТ'П-ЛНТТГОПГ'ФТТ ат'лт'гч ллл тпсттггго

^ииии^Пиих и и!ъиили 1 Спи / у х • хъ • ^и^к х ^ илиии 1 их ^ иии

ртэт»ттата ттт.пттэтгса'Р о лллтчзо флфтэтттт м;миплтгттгтт тгг» 1тпотг№ тэ ттпатта ттоV

Л и X ±->J X V/ ииихии хил иш! И^Л*^«^**^»-*». j

данной экосистемы потребностям населяющих ее организмов". Поэтому использование в качестве критерия биологической полноценности среды количественной оценки экологического состояния популяции -ее отклик, отражающий разнообразие составляющих ее особей, например, изменение их флуоресценции, открывает новые широкие перспективы. Динамика структуры популяции, характеризуемая разнокачестЕенностью особей, позволяет увеличить объективность суждений, т.к. закономерности изменений структуры популяции менее еидоспецифичны, чем конкретные свойства организмов. Эти определения могут быть основой экспресс-метода, однако, их нужно дополнять данными прямых биологических экспериментов. Еместе с^тем метод флуориметрии дал результаты оценки качества еоды в исследуемом регионе идентичные с классической гидробиологической оценкой.

В заключении отметим, что данные гидрохимического анализа еод Москвы - реки регулярно проводимые СЭС, свидетельствуют о том, что в ничтожных количествах в водах р. Москва встречаются такие биологически активные ЕещестЕа как органические растворители, альдегиды, кетоны, пестициды и др., постоянное действие которых на организмы, в том числе и индикаторные, может вызвать изменение их разнокачестЕенности, что резко снизит их резистентность к загрязнению. Поэтому, данные биологической индикации качества еод должны систематически дополняться информацией, полученной методами еодной токсикологии и мккрсфлуориметрии(см. точ. р и 6).

Итак, проведенные эксперименты позволяет сделать следующие еыеоды:

1. Установлено методом Пантле и Еукка, что качество еоды, исследованного 250 км. участка р. Москва (от д.Барсуки до Московского нефтезавода) оценивается как соответствующее ß -мезосапробной зоне чистоты вод.

О rTntrrmаттп аттагтттлтэпттспи iipmntt^w Птгтттготтг«г«а ттфг* тгппшга Mnr»Trot.T

** . UWtlUWlUlJ f ' *. .' " ' ' " " ......*"' IIIÖ l^WIII I^J , i Л, W у ........

- 1 (P - сапробная зона), качество воды реки соответствует 4 -

5 5 £ЗЛЛ2!и (ß _ М930С2Пр0бН2Я зонз) Ззг'рязнэнрость рэчных

осздксв является потенциальным источником Еторичкого загрязнения

пя тт латт HnpvTJci лг»г»/*^атгстп 13 г» И^птлтэ q

UW^ 114 W U4kUU у U UWWUUUW W * a IltW •

3. Методом микрофлуориметрии отмечены изменения в экологической рззнокачестЕенности клеток индикаторной альгокультуры Soenedesnius quadrieauda под влиянием добагск к ней квот москворецкой воды. Это свидетельствует об их загрязненности (кроме акваторий в района д. Барсуки).

4. Сравнение данных о загрязненности реки, полученных гидробиологическими методами и методом микрофлуориметрии,

пптгттата т.лт»татгат» r\ tin гтгтттгг» wrs иniFurrrrrrv^oourxtrv ^ntj ua тжпп ttq гглооипли

UUJt^W 4UJ U 4 W ilWilUt U4I4 .... ! J .. . .... t ...,..■■-■■.. WW±4 WU4 <iWUMW^WUW4U4WiH

участке реки Москва.

5. Полученная информация позволяет рекомендовать е практику службы Гидромониторинга микрсфлуориметрический экспресс - метод оценки биологической полноценности вода, позволяющий в короткий срок полутать банк соответствующих данных.

6. На основании результатов биологической оценки качества еоды и банка данных, полученных методом микрофлуориметрии, мохно проводить унификацию биологических методов, предлагаемых для оценки качества вода.

rf Собранная т*нфсрмзция о состоянии* вод устанавливаемая по изменению разнокачественности клеток индикаторной культуры

гитагга па пмтгл <п тта ттптчоо паат» пппКтт ттгшттт^ гчпт. тптт пттла ttq ттохттгг»

WUWUW^W W4t4J MUU^U * UUWt.lW * WWWWJ 4W MWlUlWU л. W 14-ii UMUU^^.^UiU»

загрязненности вод в зимних и климаксшх условиях, когда видоеов разнообразие в гидро эко еноте мах - минимальное.

11/ Фа1 л +лЬа»»1гл m TT ХГ^^^лг»V-ч ч»»"Т?^ 1 лпл г> г» Л тлЛч í 1 ^ -»п

• »tu« AWIAK^UWIMJ) Х.«.*. wwiUvMiu WWW^W^AVUÍ. AWU U да!

periphyton biooenoses./ Ecological modification and criteria for ecological standartizaticn// Proceedings oí the International

¡pcsiuis. U3SR, îîalciiic. 1932,

100.

IIWUW W ¿ 4

1 QOn РП ir

тт*тгг.^Лттп плгттаг«'.ттг* ттщ/агэс»*па пат* *z

A il^^WWUW^IWi JA i'J WliiMH UWilUt^U * t_-<f4«Ttt4

P Л Arto-.-тк^оа / Г\|-;отга"т.- CUlllfnn» _ UTTTT 1 OCH

U • А • Ä'«" IIIWUU • / V y^Ali» I I I WA h , U'tUifU tllA^-i, • I w W I »

ТТг»тг т^лтгоглтттдаЛ-

r^üTiAnuuv олпфлош» a wnonrtmou тволтилпиилт çnr

ПНРТЭ ттп

fT»Tmn^:»n nni'iniünuTni nnvooowatioiii oq 1 ОСИ ргчтг ТТптт т\з TrovTr-*£»f*'

X A it 1W i4Wá A U'i'l» W«1 W<3 I w w* I X a ¿¿W.U, дЦШкции 4*

В.A.A6£kyï-'0B3-/ Обнинск, BKi'THFLtH — KïïTïï. 9Э2.

U К ФатшФплиъ'П

riíinnuTOVQtTTiTir

boje./Доклады ЫОШ (зоология, ботаника). 19Э2.

voTrar»T»r>Q

Титэагк 100 •b

экз.