1

Bioindykacja i biomonitoring środowiska

dr Joanna Podlasińska

Kierunek:

Ochrona

Środowiska

Wymiar

godzin

w.10 ćw.

Aud. 20

Semest

r

7

2

Tematyka wykładów:

Ekologiczne podstawy bioindykacji. Metody bioindykacyjne

i chemiczne w badaniach monitoringowych. Rośliny jako
biowskaźniki i biomonitory. Cechy dobrych

bioindykatorów. Ocena stanu środowiska na podstawie
występowania specyficznych gatunków oraz zmian

ilościowych składników biocenozy
Biomonitoring atmosfery. Zastosowanie roślin niższych i

wyższych (porostów, mchów, drzew iglastych ) w ocenie
skażeń atmosfery dwutlenkiem siarki i fluorem.

Biomonitoring skażenia atmosfery ozonem.
Biomonitoring skażeń środowiska wodnego. Testy

biologiczne do wykrywania skażeń wody. Testy z
wykorzystaniem organizmów roślinnych i zwierzęcych

( Lemna, Daphnia magna) do oceny skażeń środowiska
wodnego.

Biomonitoring gleb.

3

Tematyka ćwiczeń

Biomonitoring dwutlenku siarki przy użyciu roślin niższych i wyższych.

Zastosowanie skali porostowej do oceny środowiska w rejonie Zakładów

Chemicznych Police.

Biomonitoring fluoru przy użyciu roślin niższych i wyższych.

Biomonitoring ozonu

Odczyn kory drzew jako wskaźnik zakwaszenia środowiska.

Biomonitoring gleb.

Ocena skażenia gleb metalami ciężkimi. Dżdżownice jako wskaźniki

skażenia środowiska pestycydami i metalami ciężkimi.

Testy wzrostu i rozwoju korzeni w ocenie skażenia środowiska glebowego.

Zastosowanie testów biologicznych w ocenie skażenia gleby herbicydami.

Biomonioring skażeń środowiska wodnego ..

Testy z wykorzystaniem organizmów roślinnych ( Lemna) do oceny skażeń

środowiska wodnego.

Testy z wykorzystaniem organizmów zwierzęcych (Daphnia magna) do

oceny skażeń środowiska wodnego.

Zastosowanie glonów do monitoringu i oceny zanieczyszczenia wód

powierzchniowych.

Zaliczenie przedmiotu.

4

Bioindykacja

• Działanie aktywności substancji skażającej

może być oceniane w krótszych lub

dłuższych okresach oddziaływania.

• Fizyczne pomiary podają dokładne ich

stężenia, nie obejmują jednak

oddziaływania ich na organizmy.

• Umożliwiają to natomiast bioindykatory

stanowiące podstawę do oceny

biologicznego oddziaływania całego

kompleksu zanieczyszczeń na środowisko.

5

Ekologiczne podstawy

bioindykacji

• BIOINDYKACJA polega na określaniu za

pomocą testów biologicznych jakości
środowiska. Jako wskaźniki – bioindykatory –
biotesty używa się roślin, rzadziej zwierząt.

• BIOINDYKATOREM może być tylko ten

organizm, który reaguje w sposób określony
na specyficzne zanieczyszczenia. Reakcja
zachodzić może na różnych poziomach
organizacji (komórka, tkanki, organ,
osobnik, populacja, biocenoza, ekosystem).

6

Ekologiczne podstawy

bioindykacji

Ekologiczną podstawą bioindykacji jest tolerancja

ekologiczna.

Klasyfikacja ekologiczna opiera się na dwóch

elementach:

• zakres tolerancji
strefa szeroka - eurybionty
strefa wąska - stenobionty
wysokie wymagania- polibionty
niskie wymagania - oligobionty

• charakter tolerancji ekologicznej
np. temperatura
eurytermy
stenotermy
politermy - wysoka temperatura
oligotermy - niska temperatura

7

Zasada tolerancji

ekologicznej

Zasadą na której oparta jest bioindykacja

jest zasada tolerancji ekologicznej:

• każdy żywy organizm ma określoną

tolerancję względem czynników
środowiska, jego szanse przeżycia i
rozrodu zależą od tego w jakim stopniu
warunki występowania w danym
miejscu pokrywają się z zakresami
adaptacji tolerancyjnej.

Pojęcia: tolerancji,

biowskaźnika,

biotestu,

biomonitoringu

• Tolerancja - zdolność organizmu do

przystosowania się do zmiany danego
czynnika ekologicznego (np.:
temperatury, światła, wilgotności,
zasolenia, itp.)

• Zakresem tolerancji organizmu

nazywamy przedział wartości
czynnika, w którym organizm jest
zdolny utrzymać procesy życiowe.

Liczba
osobników

Wartości temperatury

0

2

5

10

minimu
m

optimu
m

maksimu
m

20 22

A

B

C

D

Możliwości bytowania organizmów

określają dwie skrajne wartości (tzw.

ekstrema) działającego czynnika:

minimum i maksimum.

Prawo tolerancji

Shelforda

Stenobionty - organizmy o wąskim

zakresie tolerancji

Eurybionty - organizmy o szerokim

zakresie tolerancji

Gatunki o wąskim zakresie tolerancji na

określone warunki środowiska to gatunki

wskaźnikowe (biowskaźniki lub

bioindykatory)

Organizmy wskaźnikowe powinny spełniać
następujące kryteria:

• mieć wąski oraz specyficzny zakres wymagań
ekologicznych

• posiadać szerokie rozmieszczenie geograficzne
• występować w środowisku w dużych liczebnie
populacjach

• mieć długi cykl życiowy lub kilkanaście pokoleń
następujących jedno

po drugim w ciągu roku

• być łatwo rozpoznawalnymi i mieć ograniczony
poziom zmienności

osobniczej utrudniającej

ewentualną weryfikację

……. gatunki mogą pełnić rolę wskaźników
biologicznych jeśli ich autekologia: rozwój osobniczy,
dynamika populacji są dobrze poznane. Wiegleb
(2002)

Eksperymenty, w których do oceny

efektu działania różnych substancji

lub czynników środowiska są użyte

organizmy lub ich części, nazywamy

biotestami.

Ocena elementów środowiska przy

pomocy biotestów, to

biomonitoring.

Historia.......bioindykacji

XVIII w - Karol Linneusz - zegar słoneczny

w

Ogrodzie Botanicznym w Uppsali -

otwieranie się kwiatów o różnych

porach dnia)

-Alphonse de Candolle (odkrył

powiązania

pomiędzy roślinami i czynnikami

klimatycznymi)

XVIII/XIX w - William Smith wykorzystał

szczątki roślin i zwierząt w geologii

jako

skamieniałości przewodnie do

określania wieku

skał

W. Nylander i S. Arnold [Belg i Niemiec]

niezależnie prowadzili badania nad

wrażliwością

porostów i mchów na zanieczyszczenia

powietrza

XX w (1968 Vageningen) - Pierwszy

Europejski

Kongres nt. Wpływu zanieczyszczeń

powietrza

na rośliny i zwierzęta (prezentacja

metody

transplantacyjnej porostów i

mszaków)

od roku 68 roku określanie wpływu

zanieczyszczeń

powietrza, wody i gleby na

organizmy stało się

przedmiotem badań na całym

świecie.

W trakcie wieloletnich badań

wyodrębniono gatunki sygnalizujące

występowanie w środowisku określonych

warunków (np.: brak wody, obecność soli

mineralnych lub czynników

zagrażających). Nazwano je gatunkami

wskaźnikowymi (wskaźnikami,

indykatorami, biowskaźnikami lub

bioindykatorami)

W Polsce przy pomocy gatunków

wskaźnikowych przebadano wiele

obszarów zagrożonych klęską

ekologiczną (m. in. Górny Śląsk,

aglomerację krakowską, Legnicko-

Głogowski Okręg Miedziowy i in.)

Twórcą definicji bioindykacji w Polsce

jest profesor M. Górny:

„Bioindykacja to metoda za pomocą

której, dzięki stosowanym żywym

organizmom, na różnych poziomach

ich organizacji, określa się kierunek i

stopień nasilenia zmian w

środowisku ich życia”

16

WSKAŹNIKI EKOLOGICZNE- BIOTESTY

• Organizmy mają określone wymagania do

właściwości środowiska. Jako wskaźniki większą

wartość mają organizmy o wąskiej granicy

tolerancji.

• Do jakości siedlisk mogą być wykorzystane chwasty

wg metody Ellenberga. Na podstawie obecności lub

braku gatunku wskaźnikowego można uzyskać

informacje o siedlisku, wilgotności, suchości,

zakwaszeniu, zasadowości i zasobności w azot.

W związku z postępującym zanieczyszczeniem

powietrza pewne rośliny wykorzystuje się jako

bioindykatory do oceny tych zanieczyszczeń.

• SO

2

- porosty

• F - mieczyki
• Drzewa szpilkowe - (ich przyrost na wysokość,

grubość, przebarwienia igieł, ich długość, ilość

roczników szpilek na pędach, ich wygląd).

17

Reakcja roślin

Rośliny zależą od czynników

siedliskowych dlatego można je
używać jako wskaźników.

• Reakcja rośliny zależy nie tylko od

czynników środowiskowych ale też od
ich właściwości genetycznych i od
konkurencji (sosna może rosnąć
wszędzie, ale jest wypierana z gleb
dobrych).

18

Rośliny wskaźnikowe.

Biomonitoring

• Rośliny wskaźnikowe wykazują objawy

uszkodzeń gdy eksponowane są na
fitotoksyczne stężenia jednego składnika lub
mieszaniny zanieczyszczeń. Roślina
wskaźnikowa jest sensorem, który może
wykryć obecność polutanta w powietrzu.

• Biomonitoring ujmuje zjawisko bardziej

ilościowo niż jakościowo. Roślina używana jako
biomonitor musi być rośliną wskaźnikową, ale
musi także pomagać w odpowiedzi na pytanie
jak wysokie jest stężenie polutanta.

19

Dobry wskaźnik

• Dobry wskaźnik powinien być stenobiontem.
• Powinien specyficznie reagować na jeden

czynnik,

• powinien być gatunkiem pospolitym,
• występować obficie w terenie lub być

gatunkiem łatwym w hodowli jeżeli ma służyć

do testów laboratoryjnych.

• Materiał biologiczny stosowany do testowania

musi być jednorodny pod względem

genetycznym i reprezentować to samo stadium

rozwojowe lub fenologiczne.

Idealnych wskaźników jest w przyrodzie mało

chociaż prawie każdy organizm jest do

pewnego stopnia takim wskaźnikiem.