Использование микологических показателей для биоиндикации водоемов

Автор: Колесников Антон,
гимназия №2, 9 «А» класс

Научный руководитель: Колесникова И.Я., к.б.н.,
методист ЭБЦ

Научный консультант: к.б.н. Воронин Л.В.,
зав. кафедрой ботаники ЯГПУ им. К.Д. Ушинского

г. Ярославль

Введение.

Биоиндикация - один из наиболее перспективных и достоверных методов определения загрязнения окружающей среды. Несомненным его достоинством является то, что он не требует больших материальных затрат на дорогостоящее оборудование и химические реактивы, а также его доступность для начинающего исследователя.

Цель нашей работы - определение степени загрязнения четырех различных водоемов с помощью малоизученных биоиндикаторов - сапролегниевых грибоподобных организмов.

В задачи исследования входило:

- знакомство с методами изучения микроскопических грибов, овладение этими методами.

- изучение биологии, экологии, жизненного цикла одного из представителей водных микроскопических грибов - сапролегнии.

- анализ интенсивности распространения сапролегнии в различных водоемах.

Обзор литературы.

В качестве биоиндикаторов уже используются как более сложные для наблюдения объекты, такие как вирусы, бактерии, так и более доступные – животные, растения, лишайники (Шапиро, 1991; Алексеев и др., 1996)

Значительное загрязнение водного бассеина вызывает необходимость интенсивного поиска биоиндикаторов среди гидробионтов (Лысенко, 1996; Алексеев и др., 1996). Для получения наиболее достоверной информации необходимо комплексное исследование всех компонентов водных экосистем, поэтому поиск организмов - биоиндикаторов ведется в различных систематических группах. Недавно в качестве объектов исследования были выбраны микроскопические грибы, в частности, экологическая группа водные гифомицеты (Жизнь растений, т.2). Такая микологическая индикация была проведена для определения состояния экосистем водоемов Воркуты и её окрестностей (Воронин, 1996).

Другая широко известная группа водных грибов - сапролегниевые (Saprolegniales), которые можно заметить невооруженным глазом в виде белого пушка на водных объектах. Надо отметить, что по современным систематическим представлениям эти организмы не включаются в царство грибы Eumycota. По разным признакам строения, физиологии и биохимии они рассматриваются сейчас как отдел в царстве Chromysta, т.е. ближайшими родственниками их являются водоросли. Предполагается, что сапролегниевые - это перешедшие к гетеротрофному питанию водоросли. Но традиционно они считаются грибоподобными организмами и включаются в юнион Fungi (грибы в широком смысле слова) (Исаев и др., 1995).

Нас сапролегния заинтересовала как объект биоиндикации из-за широкой распространенности в водоемах и доступности в изучении. Сапролегнию на всех стадиях развития легко можно наблюдать при небольшом увеличении микроскопа.

Методика исследования.

Пробы воды были отобраны в одно и тоже время в четырех различных прежде всего по гидрологическому режиму водоемах (Табл.1). Объем проб составлял 1-1.5 л воды. Обработку производили в течение 1-2 часов после отбора, чтобы предотвратить гибель зооспор сапролегнии. Использовался метод «приманок» (Литвинов и др., 1975). В качестве приманок были взяты прокипяченные семена льна. Они служили субстратом, на котором должна была развиваться сапролегния. В стерильные чашки Петри помещали по 5 семян льна и заливали 20 мл воды из различных проб. Для каждого водоема использовали 5 повторностей, т.е. заливали водой 5 чашек Петри с семенами. Чашки держали при комнатной температуре и через 5-7 дней просматривали под бинокуляром при увеличении х10. Через этот промежуток времени на приманках появился белый, постепенно разрастающийся пушок. Сапролегнию микроскопировали (увеличение х100), чтобы определить наличие различных стадий развития (стерильного мицелия и оогониев). Для каждой пробы (в 5 повторностях) вели подсчет всех стадий развития на каждой приманке. Затем рассчитывали, на каком количестве семян льна выросла сапролегния (в сумме для каждого водоема), сколько в процентном отношении заселено семян, сколько - сапролегнией с органами полового размножения, сколько со стерильным мицелием. В дальнейшем подсчитывали количество зооспор в 100мл воды из каждого водоема (20 мл х 5 чашек Петри = 100 мл) и делали перерасчет на 1 л воды. Полученные данные позволили сравнить степень распространения сапролегнии в 4 различных водоемах.

Результаты исследования.

Как уже отмечалось выше, сапролегниевые - широко распространенная группа грибоподобных организмов, представители которой встречаются в пресных и, в меньшей степени, в морских водах как сапрофиты на трупах животных или других органических субстратах или как паразиты водорослей, рыбьей молоди, ослабленных рыб, икры рыб и лягушек и т.д.

Первые описания и изображения мицелиальных сапролегниевых грибов относятся ко второй половине 18-го века.

Так как одной из задач данной работы являлось изучение биологии и стадий развития сапролегнии, необходимо изложить полученные результаты по этому направлению исследований (Рис.1-5).

Кратко можно отметить, что при рассмотрении морфологического строения пушка на семенах льна можно увидеть: неклеточный мицелий, геммы, зооспорангии.

Помимо бесполого размножения сапролегния может размножаться и половым путем. В этом случае на мицелии формируются оогонии и антеридии. Замечено, что они возникают всегда ближе к субстрату, чем зооспорангии, т.е. при иной концентрации веществ, диффундирующих из субстрата. В наших исследованиях преобладала стадия оогоний с ооспорами. Именно эти оогонии подсчитывались (Таблица 1).

Антеридии, образующиеся как выросты боковых ветвей мицелия, бесцветны. Их надо искать около оогониев с только что возникшими яйцеклетками (Гордеева и др., 1971). Нам удалось обнаружить только один антеридий, т.к. все встреченные нами оогонии уже содержали ооспоры с толстыми оболочками, и, следовательно, антеридии успели исчезнуть.

Результаты исследования различных стадий развития сапролегнии проведены в таблице 1.

Полученные данные позволяют нам для каждой пробы воды (в 5 повторностях) провести подсчет всех стадий развития на каждой приманке, выяснить, на каком количестве приманок выросла сапролегния (в сумме для каждого водоема). Полагая, что на одном семени льна могла прорасти одна зооспора, мы подсчитали количество зооспор в 100 мл воды. Для сравнения водоемов использовали количество зооспор в 1 л воды (Таблица 2).

Важными для сравнения показателями являются следующие:

1. процент заселенных сапролегнией семян от общего количества их в пробах.

2. процент семян, на которых развился только стерильный мицелий.

3. процент семян, на которых развился мицелий с оогониями, т.е. органами полового размножения.

Все эти показатели представлены в таблице 2.

Обсуждение результатов.

Из исследованных нами водоемов два являются естественными проточными - это р. Волга и её приток р. Которосль. Количество зооспор сапролегнии на 1 л воды в этих водоемах достаточно высокое (220 и 200 шт. соответственно). Эти цифры свидетельствуют о значительном количестве органических загрязнений в них, т.к. для жизнедеятельности сапролегнии нужна органика. Соответственно, чем больше органики содержится в воде, тем более благоприятные условия создаются для развития сапролегнии (Семенова, 1994).

Однако, в этих водоемах на большом количестве приманок развились оогонии. В р. Волге процент таких семян составил 54.5%, в р. Которосль – 20% . Известно, что образование оогоний не происходит при недостатке в воде кислорода, поэтому полученные данные дают нам основание предположить, что в этих реках вполне благоприятный кислородный режим, причем в р.Волге он значительно лучше. Следовательно, сапролегния принимает участие в процессах самоочищения этих водоемов.

Пруд в парке Победы Дзержинского района - это искусственно созданный непроточный водоем, с сильно заросшими берегами. Он значительно захламлен бытовым мусором - пластиковыми и стеклянными бутылками, бумажными и целлофановыми пакетами, палками, пенопластом и др. По нашим данным здесь содержание органики наибольшее, т.к. в 1 л воды обнаружено 250 зооспор сапролегнии. Однако, развитие значительного количества гиф с оогониями (24 % ) свидетельствует о том, что условия в данном водоеме можно охарактеризовать как сохраняющие возможность самоочищения.

Наименьшее количество зооспор сапролегнии (120 шт.) обнаружено нами в карьере, вырытом для строительных нужд, в районе гаражного кооператива. Но этот факт нельзя трактовать как свидетельство благополучного состояния водоема, т.к. ни на одной из приманок не развивались оогонии. Можно предположить, что загрязнение воды в карьере происходит не за счет органических соединений, пригодных для потребления сапролегнией, а за счет токсических веществ. Вероятнее всего - это тяжелые металлы, и прежде всего – свинец, накопившийся в почве вблизи гаражей и поступающий в воду. В таком водоеме процессы самоочищения нарушены, жизнь в нем угнетена.

Выводы и практическая значимость работы.

Результаты наших исследований согласуются с известными данными о распространении сапролегниевых грибоподобных организмов в водоемах в зависимости от степени загрязнения их органикой (Семенова, 1994; Воронин, 1996). При загрязнении водоемов пропорционально ему возрастает встречаемость сапролегнии, но до определенного предела. При сверхсильном загрязнении, в том числе наличии в воде токсических веществ, сапролегниевые угнетаются, снижается их численность, нарушаются процессы воспроизводства.

В трех из исследованных нами водоемах (р.Которосль, р.Волга, пруд в Парке Победы) встречаемость сапролегнии достаточно высокая, что свидетельствует о большом содержании органики в их водах. Питаясь сапрофитно, сапролегния здесь принимает участие в процессах самоочищения. В карьере Дзержинского района численность сапролегнии снижена за счет угнетения токсическими веществами.

Таким образом, полученные данные дают основание использовать сапролегнию в виде организма - индикатора состояния природных вод. Основными преимуществами такого биоиндикатора являются его широкая распространенность в водоемах и доступность в изучении.

Литература

1. Алексеев С.В., Груздева Н.В., Муравьева А.Г., Гущина Э.В. Практикум по экологии. М., 1996. с 112 - 120.

2. Биомониторинг загрязнений атмосферы с помощью растений. Л., Гидрометиздат. 1985.

3. Бухвалов В.А., Богданова Л.В., Купер Л.З. Методы экологических исследований. М., ЛА «Варяг» . 1995. 168 с.

4. Воронин Л.В. Микологическая индикация состояния экосистем водоемов Воркуты и её окрестностей. Сб. Биоиндикация состояния природной среды Воркутинской тундры (Тр. Коми науч. центра УрО РАН №143). Сыктывкар., 1996 с. 83 - 91.

5. Гордеева Т.Н., Круберг Ю.К., Письяукова В.В. Практический курс систематики растениий. М., Просвещение. 1971.

6. Жизнь растений. Том 2. М., Просвещение. 1976. С. 35–40, 413-416.

7. Исаева Н.М., Давыдов О.Н., Дудка И.А., Неборачек И.С. Микозы и микотоксикозы рыб. Киев., 1995. 168 с.

8. Литвинов М.А., Дудка И.А. Методы исследования микроскопических грибов пресных и соленых (морских) водоемов. Л., 1975. с. 151.

9. Лысенко Н.Л. Биотестирование природных вод на высших водных растениях в условиях школ и учреждений дополнительного образования. Ярославский педагогический вестник. Научно - методический журнал., 1996. № 2, с. 87 - 90.

10. Новиков Ю.В. и др. Методы исследования качества воды водоемов (Под ред. А.П.Щицковой). М., 1990.

11. Семенова Т.А. Антропогенная изменчивость микроскопических грибов в водных экосистемах (на примере водоемов среднего Поволжья). Тольятти. ИЭВБ РАН. 1994. 36 с.

12. Трубецкая Е.А. Амфибии в мониторинге состояния окружающей среды. Журнал «Биология в школе», 1997, № 2. с.75 - 79.

13. Шапиро И.А. Загадки растения - сфинкса. Лишайники и экологический мониторинг. Л., Гидрометеоиздат. 1991.

Приложение

Таблица 1

Результаты подсчета различных стадий развития сапролегнии на приманках (семенах льна).

Место отбора проб	пробы	«Про-росло» семян	Кол-во семян, на которых разв. оогонии	Кол-во ооспор в оогонии	Кол-во семян, на кот. гифы	Кол-во семян, на кот. гифы+ геммы	Примечание
Пруд в Дзержинском районе	I II III IV V	5 5 5 5 5	1 1 1 1 2	4-10 10-15 10-20 8-15 10-30	4 3 4 - 3	- 1 - 4 -	в одном случае видны антеридии
р.Волга в районе гор.пляжа Дзержин-ского района	I II III IV V	5 4 3 5 5	2 2 - 3 5	8-15 8-20 - 10-18 8-20	- - - - -	3 2 3 2 -	оогониев мало на 1 семени обильное разв. бактерий на 2 семенах бактерии на 2 семенах оогоний мало, мелкие
р.Которосль в р-не ЯГПУ	I II III IV V	5 0 5 5 5	2 - - - 2	10-15 - - - 6-13	- - - - 1	3 - 5 5 2	оогонии редкие на всех семенах лишь бактерии на 2 семенах бактерии, оогонии единичны
Карьер в Дзерж районе	I II III IV V	- 5 - 2 5	- - - - -	- - - - -	- 4 - 2 5	- 1 - - -	на всех семенах обиль- ное развитие бакт. обильное развитие бактерий гифы слабо развиты. обильные бактерии

Таблица 2

Количественные показатели распространенности сапролегнии и соотношения стадий её развития в различных водоемах.

Водоем	Кол-во зооспор сапролегнии на 1 л воды, шт	% заселения семян сапролегнией	% заселения семян сапролегнией с оогониями	% заселения семян сапролегнией со стерильным мицелием
р.Волга в р-не гор. пляжа Дзерж. р-на	220	88	54.5	45.5
р.Которосль в р-не ЯГПУ	200	80	20	80
Пруд в Дзерж. районе	250	100	24	76
Карьер в Дзерж. районе	120	48	0	100