Ekotoksykologia. Testy ekotoksykologiczne Plastyczność genotypowa Ekotoksykologia zespołów

Podobne dokumenty
Zastosowania testów TOXKIT i Microtox / DeltaTox

Metody ekotoksykologiczne w ocenie jakości wód zbiornika

BADANIA TOKSYCZNOŚCI ZANIECZYSZCZEŃ ORGANIZMÓW WODNYCH (PN -90/C-04610/01;03;05)

Wykorzystanie testów Phytotoxkit oraz Rapidtoxkit w ocenie toksyczności osadów dennych

Ekotoksykologia. Ekotoksykologia stosowana

Ekotoksykologia 12/9/2016. Testy ekotoksykologiczne (według Leona i Van Gestela, 1994) Trzy powody, dla których warto robić krótkotrwałe testy

Badanie właściwości odpadów przemysłowych jako wstępny etap w ocenie ich oddziaływania na środowisko

EKOLOGIA J = Ekologia zespołów. Struktura zespołów. Bogactwo i jednorodność gatunkowa

System MICROTOX światowy standard w ocenie toksyczności ścieków przemysłowych

EKOLOGIA. Ekologia zespołów. Struktura zespołów. Bogactwo i jednorodność gatunkowa

WYKORZYSTANIE ORGANIZMÓW DO OCENY STANU ŚRODOWISKA

Metody klasyfikacji toksyczności próbek środowiskowych

Kompleksowa analiza ekotoksykologiczna wód powierzchniowych

EKOLOGIA. Bioróżnorodność = różnorodność biotyczna. Struktura zespołów. Ekologia zespołów

Znaczenie zadrzewień śródpolnych dla ochrony różnorodności biologicznej krajobrazu rolniczego. Krzysztof Kujawa

Ekotoksykologia 12/9/2016. Procesy losowe w populacjach a skutki działania substancji toksycznych

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 9 listopada 2011 r.

Ocena ryzyka ekologicznego dla miejsca badawczego w Jaworznie

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia r.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 9 listopada 2011 r.

BADANIA WYMAGANE PRZEZ REACH

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA 1) z dnia 9 listopada 2011 r.

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Ekologia. biogeochemia. Biogeochemia. Przepływ energii a obieg materii

Przedmioty podstawowe. Przedmioty kierunkowe. Przedmioty specjalnościowe - Analityka i toksykologia środowiska

Przedmioty podstawowe. Przedmioty kierunkowe. Przedmioty specjalnościowe - Analityka i toksykologia środowiska

Uczenie się biologii wymaga dobrej organizacji pracy Sposoby odżywiania się organizmów

Ekologia. biogeochemia. Biogeochemia. Przepływ energii a obieg materii

Przedmioty podstawowe. Przedmioty kierunkowe. Przedmioty specjalnościowe - Analityka i toksykologia środowiska

Ocena ryzyka środowiskowego w uprawach małoobszarowych. Katarzyna Klimczak

Ekologia. Biogeochemia: globalne obiegi pierwiastków. Biogeochemia. Przepływ energii a obieg materii

Przedmioty podstawowe. Przedmioty kierunkowe. Przedmioty specjalnościowe - Analityka i toksykologia środowiska

EKOLOGIA OGÓLNA WBNZ 884

Ocena zastosowania geokompozytów sorbujących wodę w uprawie miskanta olbrzymiego i traw na podłożach rekultywacyjnych - raport

Przedmioty podstawowe. Przedmioty kierunkowe. Przedmioty specjalnościowe - Analityka i toksykologia środowiska

kierunek: Ochrona Środowiska studia niestacjonarne II stopnia realizacja od roku akad. 2017/2018 ECTS w semestrze Przedmioty podstawowe

ROLA BIORÓŻNORODNOŚCI W SIECI POKARMOWEJ autor: Magdalena Szewczyk

Biologia Klasa 3. - określa zakres ekologii, - wymienia biotyczne i abiotyczne

MODELOWANIE W OCHRONIE

Katedra Ochrony Środowiska

Przedmiotowe zasady oceniania wymagania na poszczególne oceny szkolne

Ekotoksykologia. Problemy do dyskusji 12/9/2016

Dział PP klasa Doświadczenie Dział PP klasa obserwacja

Rozkład materiału z biologii do klasy III.

Ekologia wyk. 1. wiedza z zakresu zarówno matematyki, biologii, fizyki, chemii, rozumienia modeli matematycznych

Intensywność procesów. troficznym jezior mazurskich

ocena dopuszczająca ocena dostateczna ocena dobra ocena bardzo dobra Dział VII. EKOLOGIA NAUKA O ŚRODOWISKU

PRZEDMIOT : BIOLOGIA KLASA: ÓSMA. Na ocenę dobrą uczeń:

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z BIOLOGII KLASA 5 DOBRY. DZIAŁ 1. Biologia jako nauka ( 4godzin)

Zmienność. środa, 23 listopada 11

BIOLOGIA EGZAMIN KLASYFIKACYJNY 2015/16. KLASA III Gimnazjum. Imię:... Nazwisko:... Data:...

Wymagania, jakim powinna odpowiadać dokumentacja niezbędna do oceny substancji czynnej pochodzenia biologicznego zawartej w produkcie biobójczym

Ocena narażenia dzieci w wieku przedszkolnym na kadm i ołów

Zawartość węgla organicznego a toksyczność osadów dennych

kierunek: Ochrona Środowiska studia niestacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2013/2014 (I i II rok) ECTS w semestrze Przedmioty ogólne

Zagrożenie eutrofizacją i zakwaszeniem ekosystemów leśnych w wyniku koncentracji zanieczyszczeń gazowych oraz depozytu mokrego

kierunek: Ochrona Środowiska studia stacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2013/2014 (I i II rok) ECTS w semestrze Przedmioty ogólne

DATA... IMIĘ I NAZWISKO... klasa... I. TEST WYBRANE EKOSYSTEMY: LAS, POLE, JEZIORO.

1 p. za jeden poprawny merytorycznie przykład z wyjaśnieniem Rozwiązanie: przykładowe odpowiedzi Kaktusy liście przekształcone w kłujące ciernie

Ekologia 3/21/2018. Organizacja wykładów, 2017/2018 (14 x ~96 min) Studiowanie (na Uniwersytecie Jagiellońskim)

I. BIOLOGIA NAUKA O ŻYCIU Dopuszczający Dostateczny Dobry Bardzo dobry Celujący - wymienia czynniki. - podaje przykłady niezbędne do życia

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 5 szkoły podstawowej oparte na Programie nauczania biologii Puls życia autorstwa Anny Zdziennickiej

Exemplis discimus. Uczymy się na przykładach

kierunek: Ochrona Środowiska studia stacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2016/2017 ECTS w semestrze Przedmioty ogólne Przedmioty podstawowe

kierunek: Ochrona Środowiska studia niestacjonarne I stopnia realizacja od roku akad. 2016/2017 ECTS w semestrze Przedmioty ogólne

ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) NR

Przedmiotowe zasady oceniania wymagania na poszczególne oceny szkolne Klasa 8

100% udział masowy. Granulat do sporządzania roztworu doustnego. Granulat do sporządzania roztworu doustnego. masowy

Duże zwierzęta w morzu. Jan Marcin Węsławski, IOPAN, Sopot

Interakcje pomiędzy roślinami i zwierzętami

Monika Kotulak Klub Przyrodników. Jak bronić swojej rzeki, warsztaty Klubu Przyrodników i WWF, Schodno czerwca 2012

Żywność w łańcuchu troficznym człowieka

Interakcje. Konkurencja a zespół organizmów

Ekotoksykologia. Treść i organizacja kursu Historia ekotoksykologii katastrofy ekologiczne Biogeny i ksenobiotyki

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy 8. Szkoły Podstawowej im. Haliny Grabowskiej Zety w Chlinie. na rok szkolny 2018/2019

Podstawy ekotoksykologii

Ekologiczne aspekty w biotechnologii Kod przedmiotu

S P R A W O Z D A N I E Z B A D A N I A

Działania NFOŚiGW dla ochrony bioróżnorodności na przykładzie wybranych projektów z zakresu ochrony przyrody

ROZPORZĄDZENIE KOMISJI (UE) NR

Ekologia wód śródlądowych - W. Lampert, U. Sommer. Spis treści

PRZEDMIOTOWY SYSTEM OCENIANIA. BIOLOGIA Klasa VIII

Uczeń: wiedzy biologicznej nauki wymienia cechy organizmów żywych. podaje funkcje poszczególnych organelli. wyjaśnia, czym zajmuje się systematyka

Dobór naturalny. Ewolucjonizm i eugenika

Dział programu I. Biologia nauka o życiu

KARTA CHARAKTERYSTYKI OBSYDIAN 01 AL zgodnie z rozporządzeniem 453/2010/WE

POZIOMY WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH Z BIOLOGII DLA UCZNIÓW Z UPOŚLEDZENIEM W STOPNIU LEKKIM

KONKURS BIOLOGICZNY GIMNAZJUM ETAP I JEDNOŚĆ I RÓŻNORODNOŚĆ ORGANIZMÓW. WIADOMOŚCI:

Różnorodność, zagrożenia i ochrona pszczół na terenach rolniczych

ZARZĄDZANIE POPULACJAMI ZWIERZĄT 1. RÓWNOWAGA GENETYCZNA POPULACJI. Prowadzący: dr Wioleta Drobik Katedra Genetyki i Ogólnej Hodowli Zwierząt

KARTA CHARAKTERYSTYKI OBSYDIAN PLUS zgodnie z Rozporządzeniem Komisji (UE) nr 2015/830

Wymagania edukacyjne z biologii dla klasy VIII szkoły podstawowej

Zagadnienia. Ekologii Lasu 2015/2016

BIOLOGIA MATERIA I ENERGIA W EKOSYSTEMIE

Analiza chemiczna nie pozwala na wykrycie wszystkich substancji działających szkodliwie na organizmy Ŝywe oraz tych, które występujących w

EKOLOGIA. Sukcesja ekologiczna. Sukcesja. 1. Sukcesja ekologiczna 2. Hipoteza Gai

C 280 E/428 Dziennik Urzędowy Unii Europejskiej

Transkrypt:

Ekotoksykologia Testy ekotoksykologiczne Plastyczność genotypowa Ekotoksykologia zespołów Prof. dr hab. Ryszard Laskowski Instytut Nauk o Środowisku UJ Ul. Gronostajowa 7, Kraków pok. 2.1.2 http://www.eko.uj.edu.pl/laskowski

Testy ekotoksykologiczne bioeseje...przeprowadzane przy założeniu, że organizm testowy reprezentuje reakcje szerokiego spektrum organizmów. Kryteria przydatności do testów: 1. wynik testu musi mówić coś na temat ryzyka ekologicznego 2. możliwość ekstrapolacji wyników na inne organizmy i całe ekosystemy 3. wystarczająca wrażliwość na skażenia 4. satysfakcjonująca precyzja 5. prostota i możliwość standaryzacji 6. powtarzalność wyników

Rodzaje testów ekotoksykologicznych Ostre: czas ekspozycji na tyle krótki, aby nie odżywiane organizmy nie wykazywały objawów chorobowych. Subchroniczne: dłuższe niż ostre, ale nie przekraczające 1/3 okresu przedreprodukcyjnego. Chroniczne: dłuższe niż subchroniczne (często wymaga się, aby test chroniczny obejmował przynajmniej cały okres przedreprodukcyjny i część okresu reprodukcyjnego; lepiej dłużej niż całe życie osobnika).

Testy mikrobiologiczne: zalety i przykłady Zalety: znaczenie funkcjonalne, łatwość hodowli, szybkość odpowiedzi Przykłady: tempo wzrostu (biomasa lub liczba komórek) aktywność enzymatyczna (np. reduktaza azotanowa, ATPaza, dehydrogenazy) stężenie ATP (niezadowalająca czułość!) luminescencja test Microtox: Vibrio fisheri (Photobacterium phosphoreum) respiracja i mikrokalorymetria

Microtox Wykorzystuje bakterie Vibrio fisheri (NRRL B-11177) Test ostry (45 min) i chroniczny (22 h) Pomiar spadku luminescencji (EC 50, IC 50 ) Spełnia liczne normy, w tym ISO i EPA

Testy na roślinach Glony: standardowy test US EPA AAP (Algal Assay Procedure Bottle test) test ostry (dni) Selenastrum, Chlorella, Anabaena, Microcystis Rzęsa wodna (Lemna sp.) test ostry (4-7 dni); możliwy też chroniczny Rośliny lądowe testy subchroniczne (>10 dni) kiełkowanie nasion (trawa Lolium sp., zboża, sałata, kapusta chińska, rzepa i inne.) wzrost korzenia (różne gatunki, j.w.) cykl życiowy (Arabidopsis sp., Brassica sp.) fotosynteza (i respiracja)

ALGALTOXKIT F Wykorzystuje glony Selenastrum capricornutum Komercyjne zestawy zawierające Selenastrum capricornutum zawarte w podłożu (każda kulka glonów zawiera ok. 1 mln komórek) 72-godzinny test: -oznaczenie tempa wzrostu populacji przez pomiar gęstości optycznej (EC 50 ) -zgodny z zaleceniami OECD 201, łatwa adaptacja do norm ISO czy US-EPA

Morski ALGALTOXKIT F Wykorzystuje okrzemki Phaeodactylum tricornutum Komercyjne zestawy zawierające Phaeodactylum tricornutum 72-godzinny test: -oznaczenie tempa wzrostu populacji przez pomiar gęstości optycznej (EC 50 ) -zgodny z zaleceniami ISO

Test na Lemna sp. (LemnaTec)

PHYTOTOXKIT Wykorzystuje sorgo (Sorghum saccharatum), rzeżuchę (Lepidium sativum) i gorczycę (Sinapis alba) Komercyjne zestawy zawierające nasiona ww. roślin 3-dniowy test: -oznaczenie skuteczności kiełkowania i tempa wzrostu korzenia i pędu (EC 50 ) -zgodny z zaleceniami ISO

Testy na zwierzętach wodnych słonaczek (Artemia salina) i kilka gat. rotifera standardowe, komercyjne testy (ToxKit) test ostry rozwielitki (Daphnia sp.) test ostry (OECD 24 h; EPA 48 h) test chroniczny reprodukcja (21 dni) małże i ślimaki testy ostre i chroniczne ryby testy ostre (4 7 d.) i chroniczne (30 - >250 d., zależnie od gatunku)

ARTOXKIT M Wykorzystuje morskie skorupiaki Artemia salina Komercyjne zestawy zawierające jaja przetrwalne (cysty) Artemia salina, 24-godzinny test: -oznaczenie śmiertelności (LC 50 ) -stosowany w wielu krajach jako standardowy test do badań nad zanieczyszczeniem wód słonych

CERIODAPHTOXKIT F Wykorzystuje skorupiaki Ceriodaphnia dubia Komercyjne zestawy zawierające jaja przetrwalne (cysty) Ceriodaphnia dubia 24-godzinny test: -oznaczenie śmiertelności (LC 50 ) -zgodny z normą US-EPA

DAPHTOXKIT F Wykorzystuje skorupiaki Daphnia magna i D. pulex Komercyjne zestawy zawierające jaja przetrwalne (cysty) Daphnia magna lub Daphnia pulex 48-godzinny test: -oznaczenie immobilizacji (EC 50 ) i śmiertelności (LC 50 ) -zgodny z zaleceniami OECD i ISO

Testy na zwierzętach lądowych Bezkręgowce testy ostre i chroniczne: zwierzęta glebowe i epigeiczne: dżdżownice (Eisenia foetida), ślimaki (Helix aspersa) roztocze, skoczogonki (Folsomia candida) bezkręgowce drapieżne ( pożyteczne ): biegaczowate, biedronki, kusakowate, pluskwiaki, pająki parazytoidy ( pożyteczne ): błonkówki, np. Aphidiidae, Ichneumonidae i inne inne pożyteczne : pszczoła miodna (Apis mellifera) ptaki: przepiórka, kaczka krzyżówka gryzonie: mysz, szczur

Test na Helix aspersa A. De Vaufleury, M. Coeurdassier, P. Pandard, Université de Franche Comté, France

Helix aspersa w wieku 3 do 5 tygodni Masa 1 ± 0.3 g Średnica muszli 15.5 ± 1 mm Standardowa pożywka Substrat: Sztuczna gleba ISO, ok. 50% WHC 20 ± 2 C, fotoperiod 18 h L / 6 h D A. De Vaufleury, M. Coeurdassier, P. Pandard, Université de Franche Comté, France

Test na Folsomia candida

Inne gatunki bezkręgowców lądowych używane w testach ekotoksykologicznych Enchytreaus sp. Pterostichus oblongopunctatus (Carabidae) Eisenia foetida andrei

Wykonanie testu kontrola geometryczny szereg stężeń substancji Minimum 4 stężenia + zabieg kontrolny (bez substancji toksycznej) Minimum 3 powtórzenia; zwykle 5 10 Obserwacja mierzonego efektu (np. liczby martwych) po określonym czasie

Analiza danych NOEC LOEC EC 50 Zabiegi Stężenie Liczba osobników / biomasa

Oddziaływanie substancji toksycznych na fenotyp i genotyp osobnika 1. Plastyczność fenotypowa odwracalna aklimacja możliwość różnego reagowania przez organizm na czynniki środowiskowe w ramach jednego programu genetycznego Gatunek A Gatunek B 100 100 100 100 Dostosowanie (% maksimum) dostosowanie dczoś rozro ć 50 50 50 50 Rozrodczość (% maksimum) Dostosowanie (% maksimum) dostosowanie rozrodczość Rozrodczość (% maksimum) EC 50(dostosowanie) EC 50(rozrodczość) Stężenie substancji toksycznej EC 50(dostosowanie) EC 50(rozrodczość) Stężenie substancji toksycznej

Oddziaływanie substancji toksycznych na fenotyp i genotyp osobnika 2. Konwersja rozwojowa uruchomienie w trakcie rozwoju osobniczego alternatywnego programu genetycznego 1 + 2 = plastyczność genotypowa 3. Adaptacja dobór kierunkowy (eliminacja osobników bardziej wrażliwych) dobór twardy

Dostosowanie genotypów Od czasu trwania ekspozycji na substancję toksyczną i frekwencję ekspozycji zależy, co będzie preferował dobór Dostosowanie genotyp nieodporny genotyp odporny Stężenie substancji toksycznej

Wpływ substancji toksycznych na pulę genową populacji 1.0 Procent osobników ginących Zubożenie puli genowej przez eliminację osobników mniej odpornych Frekwencja alleli 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 Pokolenia Natężenie czynnika stresogennego 1.0 0.8 Zubożenie puli genetycznej przez dryf genetyczny Frekwencja alleli 0.6 0.4 0.2 0.0 0 50 100 150 200 Pokolenia

Ekotoksykologia zespołów Przepływ skażeń w łańcuchach troficznych współczynnik biokoncentracji (BCF): BCF = C n /C 0 współczynnik biomagnifikacji (BMF): BMF = C n+1 /C n

Biokoncentracja i biomagnifikacja pestycydów Stężenia DDD w kolejnych poziomach troficznych w ekosystemie jeziora Clear w Kaliforni, USA Woda Element łańcucha troficznego Fitoplankton Ryby żywiące się planktonem Ryby drapieżne Ptaki żywiące się rybami Poziom troficzny 0 I II i III III i IV V Stężenie DDD (mg kg -1 ) 0,014 5 7-9 22-221 2500 (w tłuszczu) wg Hunta i Bischoffa 1960

Biokoncentracja i biomagnifikacja metali Stężenia kadmu (Cd) w kolejnych poziomach troficznych w terenie zanieczyszczonym kadmem Poziom troficzny Producenci (żywe rośliny) Roślinożercy (równonogi, ślimaki) Drapieżniki (nerki drozda, Turdus philomelos) Zakres stężeń Cd (mg kg -1 ) 6-25 29-171 387 wg Martina i Coughtreya, 1975

Biomagnifikacja czy zjawisko uniwersalne? Stężenia i współczynniki biomagnifikacji (BMF) ołowiu, cynku i kadmu dla roślinożerców i drapieżników zanieczyszczonego ekosystemu lądowego Metal Roślinożercy (mg kg -1 ) Drapieżniki (mg kg -1 ) BMF Pb 122-685 66-551 0,54 0,80 Zn 260-2395 382-1299 1,50 0,54 Cd 2 25 29-377 14,50 15,1 wg Martina i Coughtreya, 1976

Ekotoksykologia zespołów wpływ substancji toksycznych na bioróżnorodność Liczba gatunków (S) Bogactwo gatunkowe indeks Margalefa: R = S 1 ln N Jednorodność gatunkowa indeks Shannona-Wienera: H ' = Jednorodność gatunkowa indeks Pielou: Struktura dominacji wskaźnik Simpsona: Hierarchiczny wskaźnik różnoroności: HRI = S i= 1 p i log p i H ' max = log S J = D = S i= 1 S H ' H i= 1 ' max 2 p i ( n i i)

Zmiana struktury zespołu w terenie zanieczyszczonym w porównaniu do terenu kontrolnego 60 Liczba gatunków 50 40 30 20 10 teren skażony teren kontrolny Choć na terenie zanieczyszczonym jest mniej gatunków, to osobniki są rozmieszczone pomiędzy gatunkami znacznie bardziej równomiernie indeksy oparte o strukturę dominacji wykazałyby wyższą bioróżnorodność w terenie zanieczyszczonym. wg Clementsa i Newmana, 2002 0 0-1 1024-2048 Liczba osobników na gatunek

UWAGA na wskaźniki bioróżnorodności! 12 Bogactwo gatunkowe 10 8 6 4 2 0 100 1000 10000-1 Stężenie cynku w próchnicy (mg kg ) Zmiany bogactwa gatunkowego i wskaźnika bioróżnorodności McIntosha zespołu chrząszczy z rodziny biegaczowatych (Carabidae) wzdłuż gradientu skażenia metalami w okolicach huty cynku i ołowiu Bolesław koło Olkusza

Rozkład wrażliwości gatunków w zespole 1 0 C (log stężenia) Skumulowana proporcja gatunków, dla których C>NOEC

HCp miara wpływu substancji na zespół Liczba gatunków p% Przedział ufności log NOEC Ekstrapolacja Średnia log NOEC

UWAGA z miarami typu HCp! Wpływ na funkcjonowanie ekosystemu Liczebność gatunku - Gatunki kluczowe ze względu na liczebność - Gatunki zwornikowe

Odporność ekosystemu na zakłócenia Stan ekosystemu B A C Czas

Niestety odporności nie zawsze wystarcza...