Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Накопление тяжелых металлов морскими макроводорослями. Экологические и физиологические аспекты

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Крупина, Марина Владимировна

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

Литературный обзор.

1. Загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами.

2. Контроль за загрязнением морской среды.

3.Физиологическая роль металлов в жизни водорослей.

4. Уровни содержания металлов в водорослях.

5. Влияние высоких концентраций металлов на макроводоросли.

6. Токсичность тяжелых металлов.

7. Устойчивость водорослей к токсическому действию тяжелых металлов.

Районы, объекты и методы исследований.

Глава 1. Накопление тяжелых металлов морскими макроводорослями.

1.1. Многолетние наблюдения за содержанием металлов в макроводорослях Черного моря.

1.2. Накопление металлов разными видами макроводорослей.

1.3. Содержание металлов в бурой водоросли

Cystoseira crinita из различных районов черного моря.

1.4. Накопление металлов близкородственными видами различных регионов.

Глава 2. Накопление тяжелых металлов в зависимости от возраста и частей талломов.

2.1. Накопление металлов в зависимости от возраста водоросли.

2.2. Накопление металлов в разных частях таллома водорослей.

Глава 3. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на организм, популяцию и фитоценоз.

3.1.Влияние комплексного хозяйственно-бытового стока на популяцию черноморской бурой водоросли Cystoseira crinita.—

3.2. Влияние антропогенного загрязнения на видовой состав макрофитобентоса.

3.3. Системный подход при изучении загрязнения тяжелыми металлами фитобентосного сообщества.

Глава 4. Экспериментальные исследования процессов накопления, выведения и влияния тяжелых металлов на морские макроводоросли.

4.1. Изучение динамики накопления и выведения металлов водорослями.

4.2. Изучение накопления, выведения и влияния тяжелых металлов на макроводоросли.

4.2.1. Комбинированное влияние Си, РЪ и Zn на черноморские водоросли в непроточных системах.

4.2.2. Изучение влияния металлов на дальневосточные водоросли с использованием проточных систем.

4.2.3. Изучение влияния тяжелых металлов на высечки из слоевищ водорослей.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Накопление тяжелых металлов морскими макроводорослями. Экологические и физиологические аспекты"

Проблема глобального загрязнения природы и контроль за качеством биоты включают широкий круг вопросов теоретического и прикладного значения. В середине 70-х годов, в связи с возросшим антропогенным воздействием на природу возникло понятие "мониторинг состояния природной среды", включающее в себя как теоретическую экологическую основу, так и прикладную составляющую, связанную с сохранением природной среды. Основные представления об этой новой науке сформулированы в 70-х годов 20 века (Mumi, 1973; Израэль,1974;1975; Герасимов, 1975). Использование для контроля качества среды живых организмов и контроль за состоянием самих организмов изложено В.Д.Федоровым в статье «Биологический мониторинг: обоснование и опыт организации» (1975). Наиболее загрязняемой тяжелыми металлами частью биосферы являются водоемы, где их антропогенное поступление теперь сравнимо с терригенным выносом, который раньше определял фоновый уровень металлов в гидросфере. Контролю и наблюдению за морскими экосистемами посвящены также работы А.В.Цыбань (1980), С.А.Патина (1982), Н.К. Христофоровой (1985). Детальную разработку программы контроля и наблюдения за состоянием морской экосистемы, используя и наши совместные исследования, предложил К.С. Бурдин в работе «Основы биологического мониторинга» (1985).

Одним из отрицательных результатов хозяйственной деятельности человека является нарушение естественного баланса химических элементов в биосфере, сложившегося в результате эволюции. Антропогенное загрязнение природной среды приводит к повышению концентрации некоторых элементов в среде и к последующему повышению их концентраций в живых организмах, что может вызывать токсические эффекты. Выявлены группы загрязнителей, одна из наиболее опасных - тяжелые металлы, высокая токсичность которых воздействует негативно на многих уровнях организации живого вещества от клетки до экосистемы, а их распространение имеет глобальный характер.

Макроводоросли составляют основу первичной продукции прибрежно-морских экосистем и испытывают наиболее сильное антропогенное воздействие. 1йакроводоросли, обладая быстрыми физиологическими откликами на токсические воздействия, достаточно устойчивы, сохраняют жизнеспособность, а в случае прекращения поступления в среду тяжелых металлов, могут вернуться в исходное состояние. Макрофитные водоросли способны в больших количествах накапливать тяжелые металлы и, отражая их сезонную и погодичную динамику содержания в воде, могут быть использованы в качестве биологических мониторов загрязнения водной среды. Подбор таких видов макроводорослей в качестве организмов-мониторов, тест-объектов, а также выявление простых и надежных физиологических откликов на токсическое действие тяжелых металлов — первоочередная задача в системе мониторинга загрязнения водной среды тяжелыми металлами.

Сообщества водорослей-макрофитов, постоянно обитающие в прибрежной зоне водоемов под влиянием антропогенных сбросов претерпевают неестественные сукцессии, которые могут также служить индикаторами загрязнений.

В диссертации проводилось исследование многих аспектов взаимодействия водорослей с тяжелыми металлами с точки зрения теории и практики использования морских макрофитов для биологического мониторинга загрязнения морской среды.

Целью данной работы было изучение влияния тяжелых металлов на морские макрофитные водоросли на уровне организма, популяции и сообщества для оценки их диагностических возможностей и исследование последствий влияния загрязнения для оценки их прогностических возможностей, что позволило бы научно обосновать использование макроводорослей в системе контроля состояния морской среды. Основными задачами работы являлись:

- исследование накопления тяжелых металлов морскими макроводорослями в естественных условиях обитания.

- изучение накопления тяжелых металлов организмом водорослей в зависимости от возраста и частей таллома.

- изучение влияния антропогенного загрязнения на уровне организма, популяции и фитоценоза макроводорослей. экспериментальные исследования процессов накопления, выведения и влияния тяжелых металлов на морские макроводоросли.

В результате работы были разработаны методологические подходы к сбору информации о загрязнении тяжелыми металлами прибрежной зоны морей на основании загрязнения ее биологической компоненты, при использовании макрофитных водорослей. Основное внимание уделено учету физиологических возможностей и особенностей различных видов водорослей. Впервые исследовалось влияние загрязнений на макрофиты одновременно на трех уровнях организации -организма, популяции и сообщества. Проведены диагностические исследования состояния макрофитобентоса на 11 полигонах Черного, Японского и Охотского морей. Впервые исследованы процессы накопления и выведение тяжелых металлов и их влияния на различные физиологические группы водорослей в экспериментальных условиях, максимально приближенных к естественным. Получены сведения о физиологическом отклике организма на повышение уровня тяжелых металла»^ среде. Выделены виды водорослей наиболее перспективные для контройй за уровнем загрязнения. Приведенные в работе выводы и рекомендации, & таюкё результаты полевых исследований и полученные экспериментальным путем данные о механизмах накопления и выведения тяжелых металлов морскими макроводорослями могут быть использованы в программах локального и регионального наблюдения, оценки и прогноза загрязнения морской среды тяжелыми металлами.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Крупина, Марина Владимировна

Заключение.

Влияние тяжелых металлов на морские макроводоросли имеет множество различных аспектов, так как живые организмы представляют собой наиболее сложно организованный вид материи, по сравнению с химическими веществами и неживыми предметами. В данной работе проводилось изучение возможности использования макроводорослей для контроля загрязнения морской среды тяжелыми металлами. Не затрагивались биохимические и биофизические аспекты взаимодействия металлов и макроводорослей, что представляет теоретический интерес при изучении взаимодействия макроводоросли-тяжелые металлы. Максимально не использовались статистические методы обработки результатов, что бы не исключить экстраординарные значения концентраций, которые могут ярко характеризовать возможности живого организма. В работу не включены данные по диапазонам накопления металлов для отдельных видов водорослей, т.к. точные значения можно получить только при проведении долгосрочных экспериментов по накоплению разных концентраций и комбинаций металлов. Были затронуты лишь физиологические и экол'о(гйЧескйе аспекты влияния тяжелых металлов на макроводоросли, которые, по-нашему мнению, позволяют сформулировать методические подходы к задаче использования макроводорослей в целях диагностического и прогностического мониторинга загрязнения морской среды тяжелы^й металлами.

Представленные результаты являются частый совместной работы научного коллектива и были изложены в многочисленных обгЦйх публикациях и докладах.

Выражаю глубокую признательность моему научному руководителю, который предоставил мне возможность завершить многолетнюю работу по теме написанием данной диссертации.