Transcript Bioindikatori 5.ppt

Биоиндикатори- предавање 5
5. Лишајеви као биоиндикатори
- прва врста која је послужила као биоиндикатор у данашњем
смислу речи
- 1866. Nylander објавио данас класичан, рад о лишајевима у
Паризу и његовим предграђима
- радови од тада до данас одлучујуће допринели схватању
ефеката пре свега атмосферске депозиције
1
Биоиндикатори- предавање 5
- биоиндиковање лишајевима знатно помогло и разумевању
процеса атмосферске, хемије воде и земљишта
- ипак, и данас, однос између дозе и ефекта који изазива није до
краја разјашњен
- истраживања данас иду у правцу испитавања везе загађењеефекат на биоиндикатору-ефекат на људско здравље
- прво: честице, О3, киселе кише, NOx, оксиди сумпора
- данас: тешки метали, органохлорна једињења, РАН
- уз маховине, лишајеви данас најважнији биомонитор за
загађење ваздуха металима
- ова особина, пре свега заснован на чињеници да лишајеви
немају корени систем који се може поредити са вишим
биљкама
- иако је могућ и ефекат који потиче од подлоге, лишаји у
највећем броју случајева све минералне материје добијају из
2
ваздуха
Биоиндикатори- предавање 5
- први заиста озбиљни резултати повезали смањење
популације лишаја са растом концентрације SO2
- директан штетан ефекат гасовитог SO2 или закишељавања
коре дрвета на којој је лишај
- бројност различитих врста различито погођена растом
концентрације SO2
3
Биоиндикатори- предавање 5
- одговор на раст концентрације тешких метала може бити
заправо одговор на раст концентрације SO2?
4
Биоиндикатори- предавање 5
- лишаји су симбиотски организми (симбиозе)
- састоје се од партнера-гљиве (микобионта) и партнеразелене или плаво зелене алге (фотобионта)
- важан део екосистема у многим деловима света
- најмање 13500 различитих врста
- симбиоза веома интензивна, укључује метаболизам азота,
пренос угљених хидрата и синтезу секундарних
метаболита
- део лишаја који је гљива може да чини и 75% лишаја
- врсте: крустозе, фолиозе, фруктикозе
5
Биоиндикатори- предавање 5
- мало је познато о томе колико који део лишаја је колико
одговоран за акумулацију тешких метала
- лабораторијски експерименти са посебним узгајањем
алгалног и гљивалног дела ретко давали резултате
- различити параметри биолошког понашања мерени
- брзина раста, производња метаболита, репродуктивни
капацитет, деформитети, обезбојавање, садржај
хлорофила, интегритет мембране, садржај јона,
распрострањеност, дисање...
- различити фактори могу да доведу до промена ових
параметара
- могу бити “природни” фактори- утицај инсеката, промене у
влажности или доступности нутријената
- могу бити и антропогени фактори- загађивачи
6
Биоиндикатори- предавање 5
- лако и често мерење- мерење учесталости или постојаности
популација лишајева, укупних, или одређених класа
- примери: Будим, Словенија, Нормандија, Холандија, САД...
7
Биоиндикатори- предавање 5
- може се мерити и оштећење заједнице лишајеве (пример
граница Естоније и Русије)
8
Биоиндикатори- предавање 5
- студија рађена у Северној Италији показала утицај
концентрација SO2, NO3-, SO42-, прашине на лишаје
- показала и корелацију између понашања лишаја и
морталитета од рака плућа
9
Биоиндикатори- предавање 5
10
Биоиндикатори- предавање 5
11
Биоиндикатори- предавање 5
12
Биоиндикатори- предавање 5
- лишаји могу да акумулирају метале из преципитованих
честица, раствореног или суспендованог материјала
- као ни удели алгалног и гљивалног дела у акумулацији, ни
механизми нису сасвим јасни
- физичке интеракција са честицама, јонска измена, сорпција
електролита и метаболички контролисана сорпција имају
свој удео у акумулацији метала
- најчешће проучаван процес брзи процес везивања метала за
ћелијски зид
- постоји и компонента целог процеса акумулације која зависи
од температуре и концентрације метала
- директно је повезана са метаболизмом лишаја
- ефикасност сорпције метала из животне средине се може
грубо одредити
- немогуће апсолутно тачно- постоји компетитивност
13
Биоиндикатори- предавање 5
14
Биоиндикатори- предавање 5
- екстра и интраћелијска сорпција Cd пада у присуству
повећаних концентрација других метала
- високе количине соли у води и аеросолу у околини мора
утицале на сорпцију Pb и Cu
- сорпција директно зависи од pH
- алгални део брже сорбује при pH 7, фунгални при pH 5
- ово је једна од ретких поуздано утврђених чињеница за
сорпцију симбиотских делова лишаја
- Т° утиче на сорпцију тешких метала
- доказано на примеру Cd и Peltigеra-е
- у случају других лишајева, закључци различити, ефекат
постоји (As, W, Zn, Cd) или не (Cu, La)
- већ речено: највише рађено на брзим експериментима који
проучавају везивање за ћелијски зид
- спорији процеси значајни, а слабије проучени
15
Биоиндикатори- предавање 5
- дуготрајни експерименти, који имитирају или испитују
интраћелијску сорпцију се ретко раде
- закључак: брзина процеса не би требало да нас завара, она
не осликава укупан капацитет за дуготрајну сорпцију
- укупна акумулација = f (сорпција на ћелијском зиду), f
(интраћелијска сорпција)
- потенцијал на ћелијском зиду утиче на расподелу јона у
непосредном окружењу
- локалне концентрације и флуксеви кроз мембране су
компликована комбинација карактеристика система
- истовремено са сорпцијом, долази и до отпуштања
- нађена концентрација у лишајевима је, стога, резултанта
једног и другог процеса
- нпр. отпуштање NH3 из лишаја је највеће у свим живим
материјалима
16
Биоиндикатори- предавање 5
- Pb сорбован у лишајевима крај аутопутева нестао неколико
месеци након што су лишаји трансплантирани у незагађене
крајеве
- након Чернобилске несреће измерена и сорпција, али и
отпуштање радиоактивних елемената
- поготово прецизно за оне елементе којима је то било прво
појављивање у животној средини у значајним []
- након три године од престанка емисија U из рудника у близини
језера Елиот у Канади, дошло до значајног пада
концентрација у лишајевима Cladoniа
- осим директног отпуштања, пад концентрације може бити
последица процеса биотрансформација
- нпр. метиловање, редокс реакције
- доказано испаравање As, Se, Hg као последица метиловања
17
Биоиндикатори- предавање 5
- сува депозиција честица је важан део укупне сорпције лишаја
- најважнији процеси за суву депозицију су Брауновско
кретање, таложење честица, њихова коагулација у самом
ваздуху, као и препреке за њихово кретање
- зависе од брзине ветра, величине честица, температуре,
влажности и храпавости површине честица
- битне особине лишаја за суву депозицију су храпавост
површине, “лепљивост” и оријентација површине
(хоризонтална или вертикална)
- порозне површине акумулују више честица него равне
- готово да нема истраживања о мокрој депозицији
- разлог- компликованост система, киша ће нанети део
материјала, али ће део и спрати
- од величине честице зависи ефикасност спирања, киша важна
за честице >10μm, мало битна за честице <4μm
18
Биоиндикатори- предавање 5
- испирање елемената са површине лишаја расте са количином
падавина
- фракција која је акумулирана, дакле, зависи од количине која
је депонована, као и времена које је протекло између
депоновања и мерења
- хемијски посматрано, зависи и од растворљивости одређене
врсте у води и адсорпције за површину лишаја
- све набројано чини дугорочно предвиђање ефективне
депозиције крајње компликованим
- неопходно имати у виду и праву депозицију и факторе који
утичу на испирање и задржавање
- полуживот задржавања депонованих честица је између 1 и
100 дана
- анализе електронском микроскопијом показале да су тешки
метали присутни у честицама депонованим на лишајевима
19
Биоиндикатори- предавање 5
- нађене и друге честице, тзв. “пруине”
- садрже само оксалат калцијума, претпостављено да је ово
начин да лишаји одстране вишак Са
- касније нађени и оксалати бакра, олова и цинка
- комплексирање са хидроксилним групама очигледно начин да
се метаболички вежу неки катјони
- ређе се појављују и цитрати и малеати
20
Биоиндикатори- предавање 5
- доказано је да лишајеви који припадају различитим групама
могу да производе етен
- 1986. је лишај Ramalina lacera са незагађеног места
трансплантиран на раскрсницу у Израелу,
- раскрсница доказано јако загађена Pb, Zn и Cu
- након годину дана је почело мерење и доказане су велике
разлике у емисији етена
- загађени индустријски региони имају исти утицај
- испитивања у Израелу доказала да повећане концентрације
SO42-, Pb, Cu, Ni, V, Cr, Cu, Zn, Ba у ваздуху доводе до
емисије етена из лишаја
- у Финској, на урбаној локацији са спорим саобраћајем и
слабим протоком ваздуха до емисије етена из Hypogymnia
physodes доводе Fe, Mg, Zn, Pb, Cu...
...а из Usnea hirta Ca, Mg, Fe, Zn, Mn, Pb, Ni, Cu
21
Биоиндикатори- предавање 5
- нађени макроелементи вероватно потичу из геохемијских
извора, важан су састојак и прашине
- микроелементи су повезани са антропогеном активношћу,
укључујући саобраћај
- експерименти установили и да постоји и синергијски ефекат
различитих јона
- тако се, при истим концентрацијама и киселости, више етена
ослобађа при дејству Cl- него других соли Fe2+ и Fe3+
- важан је и редослед којим се примењују реагенси
- више се етена добија када се прво лишаји третирају
раствором H2SO4 и H2SO4 + HNO3, па FeCl2 или FeSO4, него
обрнуто
22
Биоиндикатори- предавање 5
- контролисани експерименти, чији је циљ био да истраже
утицај метала, установили су значајне промене у брзини
фотосинтезе код лишаја
- степен токсичности различитих метала је повезан са степеном
штете који су нанели фотосинтетском систему Umbilicaria
muhlenbergii
- релативна токсичност за краткотрајну изложеност Ag, Hg > Co
> Cu, Cd > Ni, a Ag > Cu >> Pb, Co > Ni за дугу
- најлакши начин за мерење- мерење брзине усвајања 14С
- раствор Pb смањио усвајање 14С за 20%, а раствор Cu за 50%
код Umbilicaria muhlenbergii
- раствор Pb(NO)3 смањио брзину фотосинтезе 45%, а раствор
Pb(NO)3 и NaCl за 70% код Hypogymnia rhysodes
- ниске концентрације Zn и Cd (до 200 μМ) смањују фотосинтезу
у Cladonia uncialis и Lasallia papulosa
23
Биоиндикатори- предавање 5
- Cladonia uncialis је при томе осетљивија од Lasallia papulosa
- Zn, Cd и Cu инхибирају фотосинтезу при нижим
концентрацијама код лишаја који као алгални део имају
цијанобактерије, него код оних који имају зелене алге
- смањење фотосинтезе било између 5 и 40%
- јонска врста такође утиче на фотосинтезу
- уран је токсичан за лишајеве, нпр. Cladonia rangiferina
- анјонски комплекс оксалата (UO2L22-) токсичнији од
некомплексираног катјона (UO22+)
- неутрални фталатни комплекс није показао никакав ефекат
- утицај животне средине најбоље приказан на примеру утицаја
саобраћаја
- Evernia prunastri, Hypogymnia physodes, Flavoparmelia caperata
- на 15 метара од аутопута јако смањење фотосинтезе
24
Биоиндикатори- предавање 5
- 42,7% код Evernia prunastri, 74% код Hypogymnia physodes,
45,5% kod Flavoparmelia caperata
- контролни узорци 600 метара далеко од истог аутопута
- када је испитиван утицај само Pb код Flavoparmelia caperata,
испоставило се да код природног загађења фотосинтеза
расте
- код антропогеног загађења, фотосинтеза пада
- код Cladonia portentosa, расте и у једном и у другом случају,
мање када је у питању антропогено загађење
- када је Ramalina lacera са незагађеног места пребачена у
национални парк и индустријску зону
- испоставило се да је брзина фиксације CO2 обрнуто
пропорционална садржају Ba, Cu и Ni
25
Биоиндикатори- предавање 5
- један од начина за мерење промена повезаним за фотосистем
је одређивање флуоресценције хлорофила а
- добро зато што је недеструктивна метода
- резултати најчешће исказани као однос FV/FM
- FV = FM (максимална флуоресценција) – FO (минимална
флуоресценција)
- oднос FV/FM показује утицај стреса на фотосинтетски
механизам лишаја
- у случају загађења Cu, смањује се однос FV/FM
- различито смањење за различите лишајеве, али увек
смањење
- потпуна инхибиција фотосинтезе се десила при
интрацелуларној концентрацији Cu од око 2 μmol/g
- загађење у окружењу рудника бакра одговорно за потпуно
одсуство неких лишаја
26
Биоиндикатори- предавање 5
- Ramalina fastigiata
- слично, на загађеној руско-норвешкој граници, опажена
умањена фотосинтетска ефикасност лишаја
- обрнуто пропорционална зависност врености FV/FM код
Hypogymnia physodes, Cladonia, Parmelia olivacea и
садржаја Ni и Cu
- између 7 и 45 km од топионица у Никлу и Заполарном (Русија)
- смањење вредности FV/FM и при излагању Pb, као и Cu, Zn,
Ba, S, Ni и V код Ramalina lacera у окружењу рафинерије,
односно Hg близу електране у Израелу
- мерење рефлексије такође недеструктивна метода којом се
одређују промене у функционисању лишаја
- користе се чак и сателити
- рефлексија биљака довела до развоја биљних индекса (VIvegetation indices)
27
Биоиндикатори- предавање 5
- различити VI развијени на основу комбинација две или више
спектралне траке
- што више трака, то боље, расте квалитет закључака и
количина информација
- најчешће се користе траке у инфрацрвеном (600-700 nm) и
блиском инфрацрвеном (700-1100 nm) делу спектра
- доказано да су VI везани са различитим важним параметрима,
као што су количина зелене биомасе, концентрација
хлорофила, губитак лишћа, индекс површине лишћа,
фотосинтетска активност
- за неке, али не све РСВ конгенере, лишајеви одлични
индикатори
- успешно коришћени на Арктику и за утврђивање
концентрације радиоактивних елемената 90Sr и 137Cs
28
Биоиндикатори- предавање 5
29
Биоиндикатори- предавање 5
30