BIOINDYKACJA

BIOINDYKACJA

- PRAKTYCZNE

- PRAKTYCZNE

WYKORZYSTANIE

WYKORZYSTANIE

TOLERANCJI

TOLERANCJI

EKOLOGICZNEJ

EKOLOGICZNEJ

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”

Przykłady gatunków

wskaźnikowych:

1

.

wskaźniki siedlisk

-----------------------------------------------------

- zacienione:

szczawik zajęczy,

bluszcz pospolity, konwalijka

dwulistna, młode jodły, paprocie

(narecznice);

- stale wilgotne:

jaskier rozłogowy,

jasnota purpurowa, ostrożeń polny,

niezapominajka polna, iglica
pospolita, przetaczniki

;

- kwaśne:

wrzos, borówka czernica,

orlica pospolita, kłosówka miękka,

śmiałek pogięty;

- zasadowe:

obrazki plamiste,

wilczomlecz migdałolistny, szczyr

trwały, żankiel zwyczajny;

- bogate w azot:

pokrzywa zwyczajna,

łopiany, czosnaczek pospolity;

- ubogie w azot:

koniczyna polna,

lucerna sierpowata, wiosnówka

pospolita;

-zasobne w wapń:

aster gawędka,

ożanka właściwa, szałwia okółkowa,

modrzew europejski (reakcja

ujemna);

- zasobne w sól (NaCl):

mlecznik

nadmorski, soliród zielny, solanka

kolczysta, sarsazan (Azja);

- zasobne w miedź:

Yanaka rouchsa

(Zair).

2. Wskaźniki zanieczyszczeń (zagrożeń):

Znajomość wymagań życiowych grzybów, roślin

i zwierząt oraz ich tolerancji na różne wartości

czynników środowiska pozwala wykorzystywać

je do testowania stanu środowiska jako

bioindykatory zanieczyszczeń

-------------------------------------------------------

GLONY

-

nadmierny rozwój sinic i zielenic

(zwłaszcza nitkowatych) wskazuje na eutrofizację wód

(strefy poli i alfamezosaprobowe)

- obecność okrzemek kolonijnych

wskazuje brak

lub niegroźne zanieczyszczenie wody

(strefy betamezo i

oligosaprobowa),

- eugleniny wskazują strefy większego i

średniego zanieczyszczenia wody,

- krasnorosty – wskazują wody czyste,

GRZYBY

–

wodne wskazują strefy

alfamezosaprobowe, lądowe wykorzystuje się do oceny

akumulacji metali ciężkich,

POROSTY

-

(epifityczne) do oceny stopnia

zanieczyszczenia powietrza SO

2

,

MCHY -

do oceny akumulacji metali ciężkich

(śl.Cd, Cu, Ni, Pb,Zn, Co, Cr) , wodne wskazują

wody czyste.

Reakcja jest różna:

grzyby i

mchy są odporne na działanie

zanieczyszczeń - nie

umierają,

porosty

zamierają pod wpływem określonego

stężenia SO

2

w powietrzu

(najbardziej wrażliwe są

porosty krzaczkowate).

Własności wskaźnikowe

grzybów

Wiele różnych gatunków grzybów kumuluje w

owocnikach metale ciężkie. Ich zawartość

w plesze owocnika bywa czasami znacznie

wyższa niż w otaczającym środowisku.

Przykłady kumulatorów metali ciężkich:

kurzawka ołowiana (Bovista plumbea)

–

Pb,

Cd, (Hg)

pieczarka polna (Agricus bisporus)

–

Cd, (Pb,

Hg)

czernidlak pospolity (Coprinus atramentarius)
i borowik szlachetny (Boletus edulis)

–

Hg

(Cd, Pb)

NAGONASIENNE - jodła, świerk,

sosna

zwyczajna

(kw.opady),

sosna żółta,

daglezja

(F,

HF, PAN- peroxyacetyl azotu),

modrzew europejski

(-Ca)

- jako

wskaźniki zanieczyszczenia powietrza

i gleby,

Obserwując wygląd i zachowanie drzew

ustala się strefy i drogi skażeń emisjami

przemysłowymi

Reagują coraz młodsze rośliny:

!

Coraz krótsze igły, coraz częściej

zrzucane,

!

Żółte lub brązowiejące

przebarwienia,

!

Utrata elastyczności kory i zmiana

barwy,

!

Konary skrócone, nieforemne,

!

Zamieranie korzeni.

OKRYTONASIENNE - buk, jawor,

jarząb

pospolity, klon zwyczajny,

jesion

wyniosły, dziki bez czarny,

dąb

szypułkowy, morela

zwyczajna,

tytoń szlachetny, fasola

zwyczajna,

goździki, frezje, storczyki,

sałata

siewna, burak zwyczajny,

ogórki,

pomidory - wrażliwe na

zanieczyszczenia

powietrza i gleby;

Buk jako pierwsze liściaste drzewo

zaczęło wykazywać wyraźne objawy

choroby:

!

Żółknięcie i przedwczesne

opadanie liści,

!

Zwijanie się wzdłuż nerwu,

!

Kruchość i łamliwość pędów,

!

Odpadanie płatów kory.

Podobne objawy obserwuje się u

jaworu, jarzębiny, klonu

zwyczajnego, jesionu wyniosłego

i dzikiego bzu czarnego.

W 81 r. Do listy gatunków

zagrożonych emisjami dołączył dąb

szypułkowy.

morela zwyczajna, mieczyk,

tulipan, frezja -

bardzo wrażliwe na

fluor i (HF).

Można je

transplantować z miejsca na miejsce,

stąd łatwość konstruowania systemów

ostrzegania

przed fluorem (Holandia, Francja),

tytoń szlachetny, fasola

zwyczajna, szpinak

- wyraźnie

reagują na działanie ozonu.

Rośliny o

szerokich blaszkach liściowych,

bardzo wyraźnie informują -

wykorzystywane na całym świecie do

monitorowania powietrza,

goździki, storczyk katleja, ogórek,

pomidor

- wrażliwe na etylen.

sałata siewna, burak zwyczajny,

pokrzywa

- wrażliwe na fotoutleniacze (PAN).

WICIOWCE i ORZĘSKI – wskaźniki wód

zanieczyszczonych,

GĄBKI, WIRKI, JĘTKI, CHRUŚCIKI, SKORUPIAKI –

wskaźniki wód czystych,

PIERŚCIENICE i MIĘCZAKI – wskaźniki

zanieczyszczenia gleby i wody,

OWADY - wskaźniki zanieczyszczenia gleby i wody,

PŁAZY, RYBY, SSAKI - wskaźniki zanieczyszczeń

wody, powietrza i gleby.

Do badania stanu czystości wód stosuje

się gatunki roślin i zwierząt różniące się

tolerancją na rodzaj i stopień

koncentracji zanieczyszczeń.

W wodach silnie zanieczyszczonych żyją

polisaprobionty, np.:

wirczyk,

euglena, larwy ochotkowatych,

rurecznik, larwy muchówek,

W

wodach czystych występują

oligosaprobionty, np.:

okrzemki,

larwy jętek i widelnic, wypławek

kątogłowy, lin,

Wody b. czyste zamieszkują

ksenosaprobionty, np.:

pstrąg.

Pierwszy system saprobowy został opublikowany przez Kolkwitza i
Marssona w 1902 roku. Autorzy wydzielili trzy główne strefy:

1.polisaprobową najbardziej zanieczyszczoną
2.mezosaprobową strefę wód nieznacznie zanieczyszczonych
3.oligosaprobową strefę wód czystych

Każdej z tych stref odpowiadały właściwe im organizmy wskaźnikowe.
Obecnie w Polsce do oceny jakości wód stosowany jest system
saprobowy, określający stopień zanieczyszczenia organicznego. Celem
analizy biologicznej jest określenie składu biocenoz w wodach
zanieczyszczonych i ustalenie zmian jakościowych i ilościowych, jakie
zaszły w tym składzie pod wpływem określonych ścieków. System
saprobowy opiera się na tolerancji gatunków wskaźnikowych z wielu
grup m.in. bakterii, glonów, pierwotniaków i wrotków, chociaż brane są
pod uwagę także rośliny naczyniowe makrobezkręgowce i ryby.
Wynikiem tej analizy jest indeks saprobowy, który opiera się na
obecności gatunków wskaźnikowych, z których każdy ma przypisaną
wartość saprobowości, w zależności od tolerancji na zanieczyszczenia:

S=sh/h

S – indeks saprobowości
s– wartość saprobowa dla każdego gatunku wskaźnikowego
h – częstotliwość występowania każdego gatunku (1- rzadki, 3- częsty, 5-
liczny )

Zarzuty stawiane systemowi saprobów, w tym także
indeksowi saprobowości:

• ogromna liczba gatunków wskaźnikowych
• do pełnej analizy biologicznej wymagane jest
pobranie

licznych prób z trzech

podzespołów: sestonu,

bentosu i peryfitonu

• system ten nie może być stosowany do wszelkich

zanieczyszczeń, np. organicznych i

nieorganicznych,

radioaktywnych i

nieradioaktywnych, ulegających i nie ulegających
rozkładowi

• lista gatunków i ich saprobowe wartości nie
mogą być

stosowane do wód z różnych stref

geograficznych.

Metod oceny jakości wód rzecznych jest tak wiele jak
wiele jest krajów. Niemal każdy kraj stosuje własne
systemy wypracowane przez swoich naukowców.
Polska: Rozporządzenie Ministra Środowiska z 11
lutego 2004 roku w sprawie klasyfikacji wód
powierzchniowych, dostosowujące przepisy krajowe
do wymogów Dyrektywy Wodnej UE, przewiduje
określanie wartości indeksu saprobowości
fitoplanktonu i peryfitonu, a w przypadku
zoobentosu indeksu bioróżnorodności oraz
indeksu biotycznego. Nie precyzuje natomiast,
które z wielu dostępnych wskaźników powinny być
stosowane. Wskaźnikami, które najlepiej się
sprawdzają w polskich warunkach są BMWP-PL

(Biological Monitoring Working Party -PL)

Polski Indeks Biotyczny

oparty ona zróżnicowaniu makrobezkręgowców

oraz

wskaźnik różnorodności gatunkowej.

Do bioindykacji wód w Polsce

często wykorzystuje się

skorupiaki z rodzaju

rozwielitka,

glony z rodzaju Chlorella,

pałkę szerokolistną i p.

wąskolistną,

a z ryb - gupika.

W celu ujednolicenia badań w

skali światowej organizacje

międzynarodowe ustalają

zasady postępowania przy

badaniu toksyczności oraz

podają wykazy organizmów

wskaźnikowych.

Dla kontroli stanu wód w

Europie

Światowa Organizacja Zdrowia

(WHO)

zaleca stosowanie ryb bardzo

wrażliwych na zanieczyszczenia,

np.:

pstrąga potokowego, płoci,

sandacza oraz ryb średnio

wrażliwych, np.: okonia,

karpia, uklei.

Aby ocenić stopień toksyczności

wód, prowadzi się hodowlę ryb

przez

2 - 20 dni i określa się poziom

śmiertelności, bada przebieg

procesów biochemicznych i

fizjologicznych oraz zmiany w

sposobie poruszania się i

w zachowaniu osobników.

Stosując w praktyce wiedzę o

tolerancji organizmów, należy

mieć świadomość, że stosowanie

tylko jednej metody do

diagnozowania stanu

środowiska, np.: biotestów,

może okazać się

niewystarczające.

Dla całościowej i pełnej oceny

stanu i funkcjonowania

środowiska należy stosować

kilka metod jednocześnie i

niezależnie.

Waloryzacyjne znaczenie

roślinności

Zespoły roślinne wykorzystuje się do

oceny i waloryzacji terenów.

Naturalna roślinność rzeczywista

informuje o potencjalnych

możliwościach siedlisk.

Im bardziej naturalne zbiorowiska

roślinne, tym lepiej można ocenić

przydatność siedliska do

zagospodarowania (rolnictwo,

leśnictwo, rekreacja, turystyka,

zabudowa).

Roślinność potencjalna może także

wskazywać błędy w gospodarowaniu

terenem

Mapy roślinności rzeczywistej i

potencjalnej wykorzystuje się

obecnie w planowaniu

przestrzennym i zagospodarowaniu

terenów.

Służą one do korygowania

wątpliwych rozwiązań

planistycznych i podejmowania

bardziej racjonalnych decyzji,

zgodnych z naturalnymi
własnościami siedlisk.

Zainteresowanym polecam do przeczytania -

Jankowski W. 1994, Zastosowanie bioindykacji w praktyce
monitoringu środowiska na przykładzie Północno –
Wschodniej Polski. PIOŚ, Biblioteka Monitoringu Środowiska,
Warszawa