Определение степени загрязнённости водоёмов на примере альгологической индикации
Определение степени загрязнённости водоёмов на примере альгологической индикации
Министерство образования и высшей школы
Коми республиканский лицей при СГУ
Изучение водорослей системы
Кадамских
озёр.
Оценка
степени загрязнённости
данных
водоёмов
Исполнитель:
Обрезков
Кирилл, 11 класс
Научный
руководитель:
Герасименко
Н.Л.,
преподаватель
биологии
Научный
консультант:
Патова
Е.Н.,
К.б.н.,
с.н.с. Института Биологии
КНЦ
УрО РАН
Сыктывкар
2008
Содержание
Введение
|
3
|
1. Обзор
литературы
|
4
|
1.1
Общие сведения о водорослях
|
4
|
1.2
Морфология и анатомия
|
5
|
1.3
Локомоция
|
6
|
1.4
Размножение
|
6
|
1.5
Распространение
|
7
|
1.6
Лимитирующие экологические факторы
|
7
|
1.7
Причиняемый вред
|
8
|
1.8
Полезность водорослей
|
9
|
1.9
Классификация водорослей
|
10
|
1.9.1 Зеленые водоросли
|
11
|
1.9.2 Красные водоросли
|
12
|
1.9.3 Бурые водоросли
|
12
|
1.9.4 Диатомовые водоросли
|
12
|
1.9.5 Жгутиковые
|
13
|
1.9.6 Динофлагелаты
|
13
|
1.9.7 Золотистые водоросли
|
14
|
1.9.8 Желто-зеленые водоросли
|
14
|
1.9.9 Харовые водоросли
|
14
|
1.10
Описание водоемов
|
15
|
2.
Материал и методика
|
16
|
3.
Результаты и обсуждение
|
17
|
Заключение
|
19
|
Список
используемой литературы
|
20
|
Введение
В
настоящее время оценка загрязнения окружающей среды (воды, почвы, воздуха)
производится главным образом на основе результатов химического анализа. Однако
из-за огромного числа видов самих загрязняющих веществ, источников и выбросов,
а также сложности и высокой стоимости химических анализов организовать
эффективный экологический мониторинг средствами аналитической химии практически
нельзя. Это невозможно еще и потому, что химико-аналитический контроль не
учитывает комбинированный характер действия загрязнителей, когда влияние
каждого из них может дополнять, усиливать и подавлять друг друга.
Между тем,
многие из перечисленных трудностей удается преодолеть, если в традиционную
схему экологического контроля ввести методы биологического анализа. Эти методы
основаны на регистрации суммарного действия на объект компонентов загрязнения,
оценке экологических условий с помощью биологических индикаторов [4]. Индикаторами
(от лат. «Indicator» – указывать) является
группа особей одного вида или сообщество, по наличию или состоянию, поведению
которых судят о естественных или антропогенных изменениях в среде, в том числе
о присутствии и концентрации загрязнителей [5]. Таким образом, биоиндикаторы
позволяют быстро и с минимальными затратами оценить, является ли анализируемая
проба загрязненной или нет.
Одним из удобных способов определения
степени загрязнения воды является метод отбора альгологических проб и их
дальнейшее изучение.
Цель работы: изучить видовой состав
водорослей и на основе выводов оценить экологическое состояние воды в системе
Кадамских озер. Для достижения цели были определены задачи:
1.
произвести
сбор альгологических проб на Кадамских озерах;
2.
изучить
собранные материалы;
3.
выявить
среди собранных водорослей виды-индикаторы чистой воды;
4.
оценить
степень загрязненности водоемов.
1.Обзор литературы
1.1 Общие
сведения о водорослях
Водоросли могут
использоваться в качестве индикаторов состояния водоема. Они являются
биоиндикаторами. Они являются начальным звеном в трофической цепи экосистемы
водоема.
Это обширная и неоднородная группа
примитивных, напоминающих растения организмов. За немногими исключениями, они содержат
зеленый пигмент хлорофилл, который необходим для питания путем фотосинтеза,
т.е. синтеза глюкозы из диоксида углерода и воды. Очень редко встречаются
бесцветные водоросли, но во многих случаях зеленый хлорофилл маскируется у них
пигментами другого цвета. Фактически среди тысяч видов, входящих в эту группу,
можно найти формы, окрашенные в любой из тонов солнечного спектра. Хотя
водоросли иногда относят к наиболее примитивным организмам, это мнение можно
принять лишь с существенными оговорками. Действительно, у многих из них
отсутствуют сложные ткани и органы, сравнимые с хорошо известными у семенных
растений, папоротниковидных и даже у мхов и печеночников, однако все процессы,
необходимые для роста, питания и размножения их клеток, весьма, если не полностью,
сходны с происходящими в растениях. Таким образом, физиологически водоросли
достаточно сложны.
Водоросли - самые
многочисленные, самые важные для планеты и шире всего распространенные
фотосинтезирующие организмы. Их много повсюду - в пресных водах, на суше и в
морях, чего нельзя сказать, например, о печеночниках, мхах, папоротниковидных
или семенных растениях. Невооруженным глазом водоросли часто можно наблюдать в
виде мелких или крупных пятен зеленой или иначе окрашенной пены
("тины") на поверхности воды. На почве или древесных стволах они
обычно выглядят как зеленая или сине-зеленая слизь. В море слоевища крупных
водорослей (макрофитов) напоминают красные, бурые и желтые блестящие листья
различной формы.
1.2
Морфология и анатомия
Размеры водорослей
широко варьируют - от микроскопических форм диаметром или длиной в тысячные
доли сантиметра до морских гигантов длиной более 60 м. Многие водоросли -
одноклеточные или состоят из нескольких клеток, образующих рыхлые агрегаты.
Некоторые представляют собой строго организованные колонии клеток, но есть и
настоящие многоклеточные организмы. Клетки могут соединяться торцами, образуя
цепочки и нити - как ветвистые, так и неветвистые. Вся структура в целом иногда
выглядит как маленький диск, трубка, булава и даже дерево, а иногда напоминает
ленту, звезду, лодочку, шар, лист или пучок волос. Поверхность клеток может
быть гладкой, или же покрытой сложным узором из шипов, сосочков, ямок и
гребней.
У большинства водорослей клетки по общему строению сходны с зелеными
клетками растений, например кукурузы или томата. Жесткая клеточная стенка,
состоящая в основном из целлюлозы и пектиновых веществ, окружает протопласт, в
котором различают ядро и цитоплазму с включенными в нее особыми органоидами -
пластидами. Самые важные из них - хлоропласты, содержащие хлорофилл. В клетке
также имеются заполненные жидкостью полости - вакуоли, которые содержат
растворенные питательные вещества, минеральные соли и газы. Однако такая
структура клетки свойственна не всем водорослям. У диатомовых одним их
важнейших составляющих клеточной стенки является кремнезем, создающий как бы
стеклянный панцирь. Зеленый цвет хлоропластов часто маскируется другими
веществами, обычно - пигментами. У небольшого числа водорослей жесткой
клеточной стенки нет совсем.
1.3
Локомоция
Многие водные вегетативные клетки и колонии водорослей, а также некоторые
типы их репродуктивных клеток движутся довольно быстро. Они снабжены одним или
несколькими бичевидными придатками - жгутиками, биение которых проталкивает их
сквозь толщу воды. Некоторые лишенные клеточной стенки водоросли способны
вытягивать вперед части своего тела, подтягивать к ним остальные и за счет
этого "ползти" по твердым поверхностям. Такое движение называется
амебоидным, поскольку примерно так же перемещаются всем известные амебы.
Прямолинейная или зигзагообразная локомоция диатомовых - обладателей твердой
клеточной стенки, - вероятно, обусловлена токами воды, создаваемыми различными
струйчатыми движениями их цитоплазмы. Скольжение, ползание, волнообразное
перемещение более или менее жестко прикрепленных к субстрату водорослей обычно
сопровождается образованием и разжижением слизи.
1.4
Размножение
Почти все одноклеточные водоросли способны размножаться простым делением.
Клетка делится надвое, обе дочерние клетки - тоже, и этот процесс в принципе
может идти до бесконечности. Поскольку клетка погибает только в результате
"несчастного случая", можно говорить о своего рода бессмертии. Особый
случай - клеточное деление у диатомовых. Их панцирь состоит из двух половинок
(створок), входящих друг в друга, как две части мыльницы. Каждая дочерняя
клетка получает одну родительскую створку, а вторую достраивает сама. В
результате у диатомеи одна створка может быть новой, а вторая - полученной в
наследство от далекого предка. Протопласт некоторых вегетативных клеток
способен разделяться с образованием подвижных или неподвижных спор. Из них
после длительного или короткого периода покоя развивается зрелая водоросль. Это
одна из форм бесполого размножения. При половом размножении у водорослей
формируются мужские и женские половые клетки (гаметы). Мужская гамета сливается
с женской, т.е. происходит оплодотворение, и образуется зигота. Последняя,
обычно после периода покоя, длящегося в зависимости от вида водорослей от
нескольких недель до нескольких лет, начинает расти и дает в конечном итоге
взрослую особь. Гаметы сильно варьируют по размерам, форме и подвижности. У
некоторых водорослей мужская и женская гаметы структурно сходны, а у других
четко различаются, т.е. представляют собой спермии и яйцеклетки. Таким образом,
половое размножение водорослей имеет множество форм и уровней сложности.
1.5 Распространение
На планете трудно найти место, где не было бы водорослей. Обычно их
считают водными организмами, и, действительно, подавляющее большинство
водорослей обитает в лужах и прудах, реках и озерах, морях и океанах, причем в
определенные сезоны они могут становиться там очень обильными. Водоросли
прикрепляются к скалам, камням, кускам древесины, к водным растениями или же
свободно плавают, составляя часть планктона. Временами эта их взвесь,
включающая миллиарды микроскопических форм, достигает консистенции горохового
супа, заполняя собой обширные пространства озер и морей. Такое явление называют
"водорослевым цветением" воды. Глубина, на которой можно встретить
водоросли, зависит от прозрачности воды, т.е. ее способности пропускать
необходимый для фотосинтеза свет. Большинство водорослей сосредоточено в
поверхностном слое толщиной несколько дециметров, однако некоторые зеленые и
красные водоросли встречаются и на значительно большей глубине. Отдельные виды
способны расти в океане на глубине 60-90 м. Некоторые водоросли, даже вмерзнув
в лед, могут сохранять в состоянии анабиоза жизнеспособность на протяжении
многих месяцев.
1.6
Лимитирующие экологические факторы
Хотя водоросли
встречаются практически везде, для жизни каждому их виду необходимо
определенное сочетание освещенности, влажности и температуры, наличие
необходимых газов и минеральных солей. Для фотосинтеза нужны свет, вода и
диоксид углерода. Некоторые водоросли переносят значительные периоды почти
полного высыхания, однако для роста им все равно требуется вода, служащая
единственной средой обитания для подавляющего большинства форм. Содержание
кислорода и СО2 в водоемах сильно варьирует, однако водорослям их
обычно вполне хватает. Большие количества водорослей в мелких водоемах иногда
за ночь расходуют столько кислорода, что вызывают массовый замор рыбы: ей
становится нечем дышать. Для роста водорослей необходимы растворенные в воде
соединения азота и многих других химических элементов. Концентрация этих
минеральных солей в толще воды гораздо ниже, чем во многих почвах, но целому
ряду видов ее, как правило, достаточно для массового развития. Иногда рост водорослей
резко ограничивается из-за недостатка одного-единственного элемента:
диатомовые, например, редки в воде, содержащей мало силикатов.
Делались попытки
разделить водоросли на экологические группы: водные, почвенные, снежные или
накоровые формы, эпибионты и т.д. Некоторые водоросли растут и размножаются
только в строго определенное время года, т.е. могут считаться однолетниками;
другие - многолетники, у которых лишь размножение приурочено к определенному
времени. Ряд одноклеточных и колониальных форм завершает вегетативную и
репродуктивную фазы своего жизненного цикла всего за несколько дней. Все эти
феномены, безусловно, связаны не только с наследственностью организмов, но и с
различными факторами окружающей их среды, однако выяснение точных взаимосвязей внутри
намечающихся экологических групп водорослей - дело будущего.
1.7
Причиняемый вред
Некоторые водоросли наносят экономический ущерб или по крайней мере
доставляют большие неприятности. Они загрязняют источники воды, часто придавая
ей неприятный вкус и запах. Некоторые массово размножившиеся виды вполне можно
идентифицировать по специфическому для них "аромату". К счастью,
теперь существуют т.н. альгициды - вещества, эффективно убивающие водоросли и
при этом не ухудшающие качества питьевой воды. Для борьбы с водорослями в
рыбоводных прудах используют и такие меры, как повышение
"проточности" системы, ее затенение и взмучивание. Раки, например,
поддерживают мутность воды, достаточную для того, чтобы сильно замедлить рост
водорослей. Некоторые водоросли, особенно в периоды своего
"цветения", портят места, отведенные для купания. Многие морские
макрофиты во время штормов отрываются от субстрата и выбрасываются волнами и
ветром на пляж, буквально заваливая его своей гниющей массой. В их плотных
скоплениях могут запутываться мальки рыб. Несколько видов водорослей, попадая в
организм животных, вызывают отравления, иногда смертельные. Другие оказываются
сущим бедствием в теплицах или повреждают листья растений.
1.8
Полезность водорослей
У водорослей
множество полезных свойств.
Пища для
водных животных. Водоросли можно считать первичным источником пищи для всех водных
животных. Благодаря присутствию хлорофилла они синтезируют из неорганических
веществ органические. Рыбы и другие водные животные потребляют эту органику
непосредственно (поедая водоросли) или косвенно (поедая других животных),
поэтому водоросли можно считать первым звеном почти всех пищевых цепей в
водоемах.
Пища для
человека. Во
многих странах, особенно на Востоке, люди используют в пищу несколько видов
крупных водорослей. Питательная ценность их невелика, однако содержание
витаминов и минеральных веществ в такой "зелени" может быть довольно
высоким.
Источник
агара. Из
некоторых моских водорослей получают агар - студенистое вещество, используемое
для приготовления желе, мороженого, крема для бритья, салатов, эмульсий,
слабительных средств, а также для выращивания микроорганизмов в лабораториях.
Диатомит. Диатомит применяется в
составе абразивных порошков и фильтров, а также служит теплоизоляционным
материалом, заменяющим асбест.
Удобрение. Водоросли - ценное удобрение,
и морские макрофиты с давних времен используются для подкормки растений.
Почвенные водоросли могут во многом определять плодородие участка, а развитие
на голых камнях лишайников считается первой стадией почвообразовательного
процесса.
Водорослевые
культуры.
Биологи уже давно выращивают водоросли в лабораториях. Сначала их выращивали в
маленьких прозрачных чашках с прудовой водой на солнечном свету, а в последнее
время применяют для этого особые культуральные среды с определенным количеством
минеральных солей и специальных ростовых веществ, а также регулируемые
источники искусственного света. Обнаружено, что для оптимального развития
некоторых водорослей необходимы весьма специфические условия. Изучение таких
лабораторных культур необыкновенно расширило наши знания о росте, питании и
размножении этих организмов, а также об их химическом составе. Сейчас в разных
странах уже построены опытные установки, представляющие собой своего рода
огромные аквариумы. На них в строго контролируемых условиях с использованием
сложной аппаратуры проводятся эксперименты для выяснения перспектив
использования водорослевых культур. В результате доказано, что продукция сухого
вещества водорослей на единицу площади может быть гораздо выше, чем у нынешних
сельскохозяйственных растений. Некоторые из использованных видов, например
одноклеточная зеленая водоросль хлорелла (Chlorella), дают "урожай",
содержащий до 50% пригодного в пищу белка. Не исключено, что будущие поколения
людей, особенно в густонаселенных странах, станут использовать искусственно
выращенные водоросли [3].
Страницы: 1, 2
|
|