RU2451084C2 - Способ оценки экологического состояния окружающей среды - Google Patents
Способ оценки экологического состояния окружающей среды Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451084C2 RU2451084C2 RU2010103282/10A RU2010103282A RU2451084C2 RU 2451084 C2 RU2451084 C2 RU 2451084C2 RU 2010103282/10 A RU2010103282/10 A RU 2010103282/10A RU 2010103282 A RU2010103282 A RU 2010103282A RU 2451084 C2 RU2451084 C2 RU 2451084C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cluster
- environment
- organisms
- plankton
- reservoirs
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области биологии, может быть использовано для экологического мониторинга и оценки водоемов. Способ включает отбор проб обитающих в водоеме планктонных организмов, определение уровня загрязнения путем их анализа и оценку результатов анализа, причем определение уровня загрязнения осуществляют путем определения последовательностей консервативного и вариабельного гена планктонного организма из пробы, с последующим молекулярным филогенетическим анализом для выявления эволюционных отношений исследуемого организма с другими сапробионтами. Оценку результатов анализа осуществляют следующим образом: при высоком (более или равно 70%) значении бутстреп-поддержки кластера по консервативному и вариабельному гену, включающего исследуемый планктонный организм и устойчивые сапробионты, делают следующие выводы. При объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов ксено- и/или ксеноолигосапробных водоемов и исследуемого планктонного организма определяют, что водоем находится в благополучном экологическом состоянии и угроза негативного антропогенного воздействия отсутствует. При объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов олиго- и/или олигомезосапробных водоемов и исследуемого планктонного организма определяют, что водоем находится в нестабильном экологическом состоянии, обладает способностью к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий. При объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов мезо- и/или мезополисапробных водоемов и исследуемого планктонного организма определяют, что водоем находится в неблагополучном состоянии и нуждается в осуществлении природоохранных мероприятий. При объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов полисапробных водоемов и исследуемого планктонного организма делают вывод о наличии локальной экологической катастрофы и необходимости принятия безотлагательных восстановительных мер. Способ обеспечивает повышение достоверности результата биомониторинга для использования без ограничения территорией, независимо от географического местоположения исследуемого водоема. 1 табл., 1 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области физики и биологии, может быть использовано для экологического мониторинга и оценки окружающей среды.
Понятие окружающей среды (ареала) включает в себя различные объекты - реки, естественные и искусственные водоемы, водно-болотные комплексы и прилежащие к ним территории суши, воздушное пространство над ними.
Известно, что для принятия решения и осуществления мероприятий по охране природной среды, например, нарушенной под влиянием антропогенной нагрузки, необходимо своевременное выявление нарушенного природного баланса, разработка рекомендаций для устранения последствий нарушения и выполнение природоохранных мероприятий, контроль результатов, например, для внесения необходимых поправок, а также для оценки итогов природоохранных мероприятий.
Известно, что водоемы и реки, собирая стоки талых вод и атмосферных осадков, объективно отражают экологическое состояние окружающей среды. Биотическая часть водной экологической системы (экосистемы) организована в виде трофической пирамиды, по состоянию нижних уровней которой, оценивают состояние всего водоема. Являясь основой трофической пирамиды, планктон быстро реагирует на загрязнители любого типа через изменение видового состава. Это позволяет выявить различные стадии негативного воздействия на окружающую среду, и выяснить периодичность загрязнения [1, 2].
Известен «Способ биоиндикации среды» [3]. Недостатком известного способа [3] является неудовлетворительная достоверность результатов оценки степени загрязнения среды, в частности водоемов. Неудовлетворительная достоверность данных, полученных этим способом для проведения природоохранных работ, - одна из причин низкой результативности действий, направленных на восстановление нарушенного природного равновесия. Кроме того, известный способ время- и трудоемкий, а используемые для оценки экологической ситуации индикаторные организмы имеют ограниченный ареал распространения. Эти недостатки существенно ограничивают возможные области применения известного способа.
Известен способ биоиндикации среды [4], включающий выбор группы индикаторов, извлечение элементов среды с индикаторами, обработку полученных данных и заключение о классе чистоты среды. При этом качество среды, как и в предыдущем способе [3], определяют по одной из "показательных групп" ("таксонов") и числу всех "прочих групп" обнаруженных организмов.
Недостатками известного способа [4] являются недостаточная для практики применения достоверность результата из-за субъективного подхода к оценке разнообразия исследуемых сообществ планктонных организмов, так как не все гидробионты имеют индикаторную значимость и отсутствует оценка показательной значимости "прочих групп" организмов.
Наиболее близким по существу предлагаемого изобретения - прототипом - является способ оценки средней сапробности водоемов с использованием индикаторных организмов [2]. (Сапробность - классификация организмов по их сопротивляемости неблагоприятным факторам среды обитания, например токсическому и биологическому загрязнению, недостатку кислорода, присутствию соединений сероводорода. Данный термин также используют для классификации водоемов по степени органического загрязнения.)
Недостатком прототипа [2] является неудовлетворительная достоверность результатов оценки степени загрязнения водоемов и вследствие этого - низкая результативность действий, направленных на восстановление нарушенного природного равновесия. Кроме того, известный способ [2] весьма трудоемкий и времяемкий, его осуществление требует участия специалистов весьма высокой квалификации, а используемые индикаторные организмы имеют ограниченный ареал распространения. Эти недостатки существенно ограничивают возможные области применения известного способа [2].
Общими недостатками аналогов и прототипа являются физико-географическая ограниченность территорий (ареала) их применения, неудовлетворительная достоверность результатов вследствие субъективности экспертной оценки, высокие трудо- и времязатраты. Следствием недостатков является несвоевременное получение информации о состоянии водоемов и запаздывание с принятием решений по осуществлению природоохранных мероприятий на основе информации, полученной путем биоиндикации (биомониторинга). В итоге природоохранные мероприятия, выполняемые на основе применения известных аналогов и прототипа, часто оказываются малоэффективными в достижении цели. В этом одна из причин непрерывно продолжающегося ухудшения экологического состояния биосферы - среды обитания людей, животных и растительного мира.
Целью предлагаемого изобретения является повышение достоверности результата, сокращение временных затрат и расширение области применения биоиндикации для оценки экологического состояния водоема.
Цели достигают тем, что осуществляют биоиндикацию водоема путем отбора проб обитающих в водоеме планктонных организмов, определения последовательностей любого консервативного и/или любого вариабельного генов планктонного организма из пробы, с последующим молекулярным филогенетическим анализом для выявления эволюционных отношений исследуемого организма с сапробионтами для определения, уровня загрязнения водоема путем. Оценку результатов выполняют следующим образом:
при высоком (более или равно 70%) значении бутстреп-поддержки кластера (полученного в результате филогенетического анализа консервативного гена), включающего исследуемый планктонный организм и устойчивые сапробионты, делают выводы:
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов ксено- или ксеноолигосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в благополучном экологическом состоянии и угроза негативного, в том числе антропогенного, воздействия отсутствует;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов олиго- или олигомезосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в нестабильном (в переходном от благополучного к неблагополучному состоянию) экологическом состоянии, имеется несущественная негативная, в том числе антропогенная нагрузка, при этом природное сообщество обладает способностью или сохраняет способность к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов мезо- и/или мезополисапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в неблагополучном состоянии, испытывают существенную негативную, в том числе антропогенную нагрузку, при этом естественной способности природного сообщества к самовосстановлению недостаточно и исследуемая среда нуждается в осуществлении природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов полисапробных водоемов делают вывод о наличии локальной экологической катастрофы и предпринимают безотлагательные восстановительные меры.
При низком (менее 70%) значении бутстреп-поддержки кластера, полученного в результате молекулярного филогенетического анализа консервативного гена, выполняют молекулярный филогенетический анализ вариабельного гена и анализируют кластер, включающий исследуемый планктонный организм и устойчивые сапробионты, и делают выводы:
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов ксено- или ксеноолигосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в благополучном экологическом состоянии и угроза негативного, в том числе антропогенного, воздействия отсутствует;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов олиго- или олигомезосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в нестабильном (в переходном от благополучного к неблагополучному состоянию) экологическом состоянии, имеется несущественная негативная, в том числе антропогенная нагрузка, при этом природное сообщество обладает способностью или сохраняет способность к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов мезо- и/или мезополисапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в неблагополучном состоянии, испытывают существенную негативную, в том числе антропогенную нагрузку, при этом естественной способности природного сообщества к самовосстановлению недостаточно и исследуемая среда нуждается в осуществлении природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов полисапробных водоемов делают вывод о наличии локальной экологической катастрофы и предпринимают безотлагательные восстановительные меры.
Известно [5], что большинство планктонных организмов водоемов имеет гены, свойственные всем этим видам, например гены, определяющие приспособленность к существованию в среде с той или иной концентрацией загрязняющих веществ. Данная приспособленность организмов вырабатывалась в процессе длительной эволюции. Среди этих генов выделяют две группы - консервативные и вариабельные гены [6]. Консервативные гены изменяются (мутируют) крайне медленно, что делает их удобными для анализа приспособленности планктонных организмов к жизни в загрязненной среде, возникшей в течение длительного времени их эволюции. Вариабельные гены отражают более короткие сроки эволюционных изменений. К консервативным генам эукариот относят гены гистонов, гены рРНК [7]. К вариабельным генам эукариот относят COll-lll, ITS 1, ITS 2 [8, 9].
С учетом вышесказанного, предлагаемый способ осуществляют, например, следующим путем.
Пример 1
1. Осуществляют отбор проб планктонных организмов из исследуемого водоема в соответствии с общепринятыми гидробиологическими методиками [10, 11], например - из озера Верхний Кабан (РФ, г. Казань).
2. Пробу планктонных организмов просматривают под микроскопом Axio Lab.A1(Carl Zeiss) и бинокуляром МБС-10. Если видов планктонных организмов в пробе много - отбирают один, например Diatoma vulgare Bory.
3. Из этого организма, например Diatoma vulgare Вогу, выделяют ДНК с помощью набора Genomic DNA-purification kit (Fermentas, Канада, http://www.fermentas.com/) по методике производителя следующим образом:
- смешивают 20 мкл образца с 40 мкл лизисного раствора (Lysis Solution) в центрифужной пробирке 1,5 мл (Eppendorf);
- инкубируют 5 минут при 65°С на водяной бане;
- добавляют 60 мкл хлороформа и 3-5 раз переворачивают пробирку;
- центрифугируют 2 минуты при 11000 об/мин;
- переносят супернатант (надосадочную жидкость), содержащий ДНК в новую центрифужную пробирку;
- добавляют 80 мкл осаждающего раствора (Precipitation Solution) перемешивают (встряхивают) 1-2-минуты;
- центрифугируют 2 минуты при 11000 об/мин;
- полностью извлекают супернатант (надосадочную жидкость);
- осадок растворяют в 10 мкл раствора хлорида натрия (NaCl Solution);
- добавляют 30 мкл холодного этанола и инкубируют при минус 10°С 10 минут;
- центрифугируют 4 минуты при 11000 об/мин И извлекают супернатант (надосадочную жидкость);
- осадок растворяют в 70% холодном этаноле;
- в полученную жидкость, содержащую ДНК, добавляют 10 мкл дистиллированной воды. Описанные далее действия выполняются раздельно для каждого вида гена - отдельно анализируют вариабельный и консервативный гены.
4. Полученную в результате выполнения пункта 3 ДНК используют в качестве матрицы для проведения полимеразной цепной реакции (далее по тексту - ПЦР): в 25 мкл реакционной смеси, содержащей бидистиллированную воду, 5-кратный зеленый буфер, 4 мМ MgCl2, 10 мМ dNTPs (dATP, dGTP, dCTP, dTTP), 0,4 мМ прямого и обратного праймеров, тотальную ДНК и Taq-полимеразу осуществляли амплификацию 35-кратным повторением стадий в следующей последовательности: денатурация (95°С, 30 секунд), отжиг (59°С, 30 секунд) и элонгация (полимеризация 72°С, 2 минуты) на амплификаторе S1000 (Bio-RAD, Сингапур). Для амплификации фрагментов генов используют две известные комбинации праймеров для консервативного (например, 18S рРНК, универсальные эукариотические праймеры №1,2) и вариабельного (например, COl, универсальные праймеры для беспозвоночных №3,4) генов (Таблица) [12, 13].
| Праймеры, используемые для амплификации и секвенирования консервативного и вариабельно генов планктонных организмов. | ||
| № | Наименование | 5'-3'-последовательность |
| 1 | UnivF-15 | CTG -CCA- GTA -GTC-ATA -TGC |
| 2 | UnivR-1765 | ACC-TTG -TTA-CGA -CTT- TAC |
| 3 | LCO1490-COIproject | GGT-CAA-CAA-ATC-ATA-AAG-ATA-TTG-G |
| 4 | LCO2198-COIproject | TAA-ACT-TCA-GGG-TGA-CCA-AAA-AAT-CA |
5. Продукты ПЦР детектируют и очищают электрофорезом в горизонтальном агарозном геле (1%). В качестве электродного буфера используют 1хТАЕ, рН 8,1. Для нанесения проб используют буферный красящий раствор состава: 10 mM Трис-HCl, рН 7.8, 50 mM ЭДТА, 0.03% бромфенолового синего, 0,03% ксилен цианолового, 15% глицерина. Пробу с красителем смешивают в соотношении 4:1 (8:2 мкл). Электрофорез проводят, например, - при силе тока 50 мА, гель просматривают в ультрафиолетовом свете на трансиллюминаторе Vilber Lourmat (Франция). Для выявления ДНК в агарозу добавляют бромистый этидий в конечной концентрации 0,5 мкг/мл, флуоресцирующий в ультрафиолетовом свете.
6. Продукты ПЦР-амплификации выделяют из агарозного геля с помощью набора Евроген (Москва, РФ):
- вырезают фрагмент геля с целевой ДНК и взвешивают (на одну колонку не более 200 мг геля);
- добавляют 3 объма «Связывающего раствора» к 1 объему геля. Объем геля в мкл численно приравнивается к его массе в мкг.(100 мкг. геля примерно равно 100 мкл);
- инкубируют смесь при 50-55°С до полного растворения геля. Для ускорения растворения рекомендуется перемешивать раствор встряхиванием пробирки;
- переносят входящую в набор спин-колонку в собирательую пробирку;
- переносят полученный раствор в колонку;
- центрифугируют 30 секунд при 11000 об/мин;
- удаляют фильтрат из собирательной пробирки;
- добавляют 700 мкл «Промывочного раствора» в колонку;
- центрифугируют 30 секунд при 11000 об/мин;
- удаляют фильтрат;
- центрифугируют 60 секунд при 11000 об/мин пустую колонку для полного удаления «Промывочного раствора»;
- помещают колонку в центрифужную пробирку 1,5 мл (Eppendorf);
- наносят в центр мембраны 30-50 мкл элюирующего раствора;
- центрифугируют 30 секунд при 11000 об/мин В пробирке оказывается очищенная ДНК.
7. Сиквенсную реакцию проводят в 20 мкл реакционной смеси, содержащей Н20, ДНК, 5-кратный буфер TMS, 2,5-кратный Ready Reaction Premix и 3.3мМ праймеры. Реакцию осуществляют 25 кратным повторением с помощью автоматического генетического анализатора ABI Prism 310 Genetic Analyzer (Applied Biosystems, США) согласно инструкциям производителя [14].
8. Результаты секвенирования обрабатывают программным пакетом Lasergene 5,03 (DNA STAR, Inc., США). Программа SeqMan используется для анализа секвенсных хроматограмм.
9. Используя полученные нуклеотидные последовательности вариабельного и консервативного генов, например 18S рРНК и COl Diatoma vulgare Bory., выполняют, например, с использованием компьютерной программы BLASTn [15] независимый поиск гомологичных нуклеотидных последовательностей стабильных индикаторных видов.
10. Выполняют, например, с использованием компьютерной программы ClustalW [16], множественное выравнивание нуклеотидных последовательностей отдельно для каждого гена, например, 18S рРНК и COl планктонного организма Diatoma vulgare Bory. со всеми найденными нуклеотидными последовательностями соответствующих генов стабильных индикаторных видов планктонных организмов.
11. По результатам п.10 реконструируют молекулярные филогенетические деревья [17], например с использованием пакета компьютерных программ с бутстреп-анализом, например, Phylip [18], например, известными методами максимальной экономии и ближайших соседей [19] по нуклеотидным последовательностям консервативного и вариабельного генов, например, 18S рРНК и COl соответственно.
12. Выполняют молекулярный филогенетический анализ деревьев по консервативному гену, например, 18S рРНК и выявляют эволюционные отношения исследуемого организма (Diatoma vulgare Bory.) с другими сапробионтами. Молекулярный филогенетический анализ сводится к анализу кластера [20], включающего исследуемый организм.
Пример кластера филогенетического дерева, реконструированного по консервативному гену 18S рРНК, включающего исследованный организм - Diatoma vulgare Bory. и сапробионты - Nitzschia communis Rabenh., Asterionella formosa Hass., показан ниже на Фиг.1, где 1 - значение бутстреп-поддержки в процентах, 2 - название организма, 3 - сапробность.
Пороговое значение бутстреп-поддержки, обеспечивающее достаточную для практики достоверность результата, лежит в диапазоне 50%-100% [21, 22, 23]. Пороговое значение бутстреп-поддержки равное 70%, принято заявителями на основе анализа реконструированных молекулярных филогенетических деревьев.
При значении бутстреп-поддержки, например - равном 70% и более для консервативного гена делают вывод о достаточной для практики применения достоверности результатов. В этом случае не выполняют молекулярно-генетический анализ (дополнительный) по вариабельному гену.
Анализ кластера в приведенном Примере 1, показывает объединение исследуемого планктонного организма (Diatoma vulgare Bory.) и сапробионтов олиго- или олигомезосапробной зоны (b, о-b) со значением бутстреп-поддержки - 95%. Данное значение бутстреп-поддержки позволяет достоверно оценить эволюционные отношения сапробионтов.
13. Эволюционные отношения сапробионтов оценивают следующим образом:
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов ксено- или ксеноолигосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в благополучном экологическом состоянии и угроза негативного, в том числе антропогенного, воздействия отсутствует;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов олиго- или олигомезосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в нестабильном (в переходном от благополучного к неблагополучному состоянию) экологическом состоянии, имеется несущественная негативная антропогенная нагрузка; при этом природное сообщество обладает способностью или сохраняет способность к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов мезо- или мезополисапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в неблагополучном состоянии, испытывают существенную негативную, в том числе антропогенную нагрузку, при этом естественной способности природного сообщества к самовосстановлению недостаточно и исследуемая среда нуждается в осуществлении природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов полисапробных водоемов делают вывод о наличии локальной экологической катастрофы и предпринимают безотлагательные восстановительные меры, например, сочетающие биологические и искусственные средства, с использованием технических средств очистки, аэрации.
Результат оценки экологического состояния водоема Верхний Кабан - водоем и окружающая его среда находятся в нестабильном (в переходном от благополучного к неблагополучному состоянию) экологическом состоянии, имеется несущественная негативная антропогенная нагрузка; при этом природное сообщество обладает способностью или сохраняет способность к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий.
Биоиндикация водоема Верхний Кабан осуществлена с использованием известного способа [24]. Результат биоиндикации: по уровню загрязнения водоем соответствует бетамезосапробной зоне (третий класс качества воды - «умеренно загрязненная»),
Сравнение результатов биоиндикации по известному и заявленному способам показывает полное совпадение оценок качества воды как «умеренно загрязненная». Оценки уровня загрязнения по известному и заявленному способам совпадают и характеризуются как «бетамезосапробная» зона.
Биоиндикация по известному способу выполнена с затратой 450 человеко-часов рабочего времени. По заявленному способу на биоиндикацию затрачено 40 человеко-часов, то есть оценку экологической ситуации выполняют существенно быстрее, с меньшей трудоемкостью.
Результат по заявленному способу по сравнению с прототипом обладает более высокой достоверностью, т.к. свободен от субъективных ошибок визуальной оценки состояния водоема известным способом [2, 24] - путем оценки индекса сапробности планктонных организмов, то есть путем классификации организмов по их сопротивляемости неблагоприятным условиям среды обитания.
14. При значении бутстреп-поддержки кластера, например - менее 70% для обеспечения необходимой достоверности результата выполняют дополнительный (уточняющий) молекулярно-филогенетический анализ по вариабельному гену, например - COl.
Вероятность появления бутстреп-поддержки менее 70% в этом случае ничтожно мала. Однако в случае появления значения бутстреп-поддержки меньше 70% используют другой планктонный организм из пробы, полученной в пункте 1. Дополнительно к описанным в Примере 1 действиям по консервативному гену последовательно выполняют операции по вариабельному гену, описанные в Пунктах 12-13.
При значении бутстреп-поддержки кластера, полученного путем молекулярно-генетического анализа по консервативному гену исследуемого планктонного организма, например - 18S рРНК менее 70%, выполняют филогенетический анализ по вариабельному гену, например - COl, того же планктонного организма и делают вывод в соответствии со схемой, изложенной в пункте 13 (как для гена 18SpPHK).
Пример 2
При значении бутстреп-поддержки кластера менее 70% по консервативному гену, например 18S рРНК, для обеспечения необходимой достоверности результата выполняют дополнительный (уточняющий) молекулярно-филогенетический анализ по вариабельному гену, например - COl.
Дополнительный (уточняющий) молекулярно-филогенетический анализ по вариабельному гену выполняют аналогично анализу по консервативному гену, согласно пунктам 12-13 Примера 1.
Примеры 1 и 2 показывают конкретные варианты осуществления предлагаемого способа для оценки экологического состояния водоема, например, оценивая на качественном уровне состояние среды как благополучное, переходное от благополучного к неблагополучному, неблагополучное, катастрофическое. При необходимости экологическое состояние водоема оценивают по ведомственным оценочным шкалам, например, применяемым в системе Министерства по чрезвычайным ситуациям и/или Министерства экологии и природных ресурсов или муниципальным.
Исходя из результатов оценки экологического состояния водоема путем биоиндикации планируют и выполняют природоохранные мероприятия, причем в процессе выполнения мероприятий предлагаемым способом отслеживают промежуточные и конечный результаты, а при необходимости корректируют ход выполнения работ.
Новизна предлагаемого способа оценки экологического состояния водоемов заключается в использовании инструментального молекулярно-генетического и биоинформационного анализа двух типов (консервативного и вариабельного) генов вместо стандартного визуального анализа многочисленных (более 600 видов) индикаторных планктонных организмов на основе определения морфологических признаков [2]. Применение способа позволяет существенно (до 300 раз) сократить материальные и временные затраты на оценку экологического состояния водоема. Кроме того, визуальный (и поэтому субъективный) анализ заменяют инструментальным анализом, свободным от субъективизма специалиста-аналитика. Следовательно, качественнее спланировать и выполнить природоохранные работы, повысить эффективность этих работ.
Предлагаемый способ позволяет оценить состояние водоема путем использования организмов независимо от его физико-географического расположения (местонахождения). Достоверность результата осуществления способа не зависит от видового состава организмов в пробе. Поэтому предлагаемый способ биоиндикации на основе молекулярного филогенетического анализа универсален, обладает обеспечиваемой исследовательской аппаратурой чувствительностью на уровне высших достижений молекулярной генетики и свободен от субъективизма, а результаты применения способа - более достоверные по сравнению с результатами применения аналогов и прототипа, в которых экологическое состояние водоема определяют на основе визуально полученных и поэтому субъективных результатов мнений экспертов.
Предлагаемый способ позволяет отслеживать влияние на окружающую среду как антропогенных факторов, так и естественных природных изменений, например, из-за изменений климата, регистрируя кумулятивный эффект их (антропогенных и природных факторов) действия в реальных полевых условиях. Предлагаемый способ позволяет без потери времени, своевременно принимать обоснованные и поэтому наиболее оптимальные решения по улучшению состояния водоемов, в т.ч. оценивать результаты принятых природоохранных мероприятий.
Приведенные примеры применения заявляемого изобретения показывают его полезность для экологического мониторинга, например, в природоохранной деятельности. Применение предлагаемого способа способствует выявлению губительных природных и антропогенных воздействий, в том числе на ранних стадиях, позволяет своевременно и качественно принимать решения по улучшению экологического состояния водоемов, с наименьшим ущербом для окружающей среды.
Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.
Способ оценки экологического состояния водоемов имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.
Заявленный способ благодаря высокодостоверному результату комплексной оценки экологического состояния водоемов и расширенной, по сравнению с прототипом, области применения может быть использован в промышленности, сельском хозяйстве, здравоохранении. Заявленное изобретение можно реализовать в промышленных масштабах для природоохранной, сельскохозяйственной, рекреационной деятельности (организации отдыха), деятельности организаций здравоохранения, причем посредством использования известных стандартных технических устройств и оборудования. Это соответствует критерию «промышленная применимость», предъявляемому к изобретениям. Технический результат: повышение достоверности и сокращение временных затрат на оценку экологического состояния водоемов.
Claims (1)
- Способ оценки экологического состояния водоемов, включающий отбор проб обитающих в водоеме планктонных организмов, определение уровня загрязнения окружающей среды путем их (планктонных организмов) анализа и оценку результатов анализа, отличающийся тем, что определение уровня загрязнения осуществляют путем определения последовательностей любого консервативного и любого вариабельного генов планктонного организма из пробы с последующим молекулярным филогенетическим анализом для выявления эволюционных отношений исследуемого организма с сапробионтами, и оценку результатов выполняют следующим образом:
при высоком (более или равно 70%) значении бутстреп-поддержки кластера (полученного в результате филогенетического анализа консервативного гена), включающего исследуемый планктонный организм и устойчивые сапробионты, делают выводы:
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов ксено- или ксеноолигосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в благополучном экологическом состоянии и угроза негативного, в том числе антропогенного, воздействия отсутствует;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов олиго- или олигомезосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в нестабильном (в переходном от благополучного к неблагополучному состоянию) экологическом состоянии, имеется несущественная негативная, в том числе антропогенная нагрузка, при этом природное сообщество обладает способностью или сохраняет способность к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов мезо- и/или мезополисапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в неблагополучном состоянии, испытывают существенную негативную, в том числе антропогенную нагрузку, при этом естественной способности природного сообщества к самовосстановлению недостаточно и исследуемая среда нуждается в осуществлении природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов полисапробных водоемов делают вывод о наличии локальной экологической катастрофы и предпринимают безотлагательные восстановительные меры;
- при низком (менее 70%) значении бутстреп-поддержки кластера, полученного в результате молекулярного филогенетического анализа консервативного гена, выполняют молекулярный филогенетический анализ вариабельного гена и анализируют кластер, включающий исследуемый планктонный организм и устойчивые сапробионты, и делают выводы:
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов ксено- или ксеноолигосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в благополучном экологическом состоянии и угроза негативного, в том числе антропогенного, воздействия отсутствует;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов олиго- или олигомезосапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в нестабильном (в переходном от благополучного к неблагополучному состоянию) экологическом состоянии, имеется несущественная негативная, в том числе антропогенная нагрузка, при этом природное сообщество обладает способностью или сохраняет способность к самовосстановлению и не нуждается в осуществлении дополнительных природоохранных мероприятий;
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов мезо- и/или мезополисапробных водоемов определяют, что водоем и окружающая его среда находятся в неблагополучном состоянии, испытывают существенную негативную, в том числе антропогенную нагрузку, при этом естественной способности природного сообщества к самовосстановлению недостаточно и исследуемая среда нуждается в осуществлении природоохранных мероприятий.
- при объединении в один кластер устойчивых индикаторных организмов полисапробных водоемов делают вывод о наличии локальной экологической катастрофы и предпринимают безотлагательные восстановительные меры.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010103282/10A RU2451084C2 (ru) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Способ оценки экологического состояния окружающей среды |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010103282/10A RU2451084C2 (ru) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Способ оценки экологического состояния окружающей среды |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010103282A RU2010103282A (ru) | 2011-08-10 |
| RU2451084C2 true RU2451084C2 (ru) | 2012-05-20 |
Family
ID=44754121
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010103282/10A RU2451084C2 (ru) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Способ оценки экологического состояния окружающей среды |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451084C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546287C1 (ru) * | 2013-12-13 | 2015-04-10 | Федеральное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера" (ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера) | Способ оценки антропогенного и орнитогенного загрязнения окружающей среды антарктиды по состоянию цианобактериальных матов (варианты) |
| RU2611496C1 (ru) * | 2015-08-31 | 2017-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "МагаданЗолото" (ООО"МагаданЗолото") | Способ приведения экологической системы открытых водоемов к экологическому балансу |
| RU2698651C1 (ru) * | 2018-11-16 | 2019-08-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ определения сапробности гидробионтов для оценки экологического состояния водоемов |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213350C2 (ru) * | 2001-12-24 | 2003-09-27 | Николаев Сергей Георгиевич | Способ биоиндикации среды |
-
2010
- 2010-02-01 RU RU2010103282/10A patent/RU2451084C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2213350C2 (ru) * | 2001-12-24 | 2003-09-27 | Николаев Сергей Георгиевич | Способ биоиндикации среды |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SLADECHEK V. System of water quality from the biological point of view. Arch. Hydrobiol. Ergeb. Limnol. 1973, c. 179-191. * |
| ДУРБИН P. и др. Анализ биологических последовательностей. - М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2006, с.221-226, 244, 245, 286-289. FRISCHER MARC Е. Specific amplification of the 18S rRNA gene as a method to detect zebra mussel (Dreissena polymorpha) larvae in plankton samples, Hydrobiogia. 487, 33-44,2002, p.33-42. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546287C1 (ru) * | 2013-12-13 | 2015-04-10 | Федеральное бюджетное учреждение науки "Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Пастера" (ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера) | Способ оценки антропогенного и орнитогенного загрязнения окружающей среды антарктиды по состоянию цианобактериальных матов (варианты) |
| RU2611496C1 (ru) * | 2015-08-31 | 2017-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "МагаданЗолото" (ООО"МагаданЗолото") | Способ приведения экологической системы открытых водоемов к экологическому балансу |
| RU2698651C1 (ru) * | 2018-11-16 | 2019-08-28 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) | Способ определения сапробности гидробионтов для оценки экологического состояния водоемов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010103282A (ru) | 2011-08-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mortágua et al. | Applicability of DNA metabarcoding approach in the bioassessment of Portuguese rivers using diatoms | |
| Zhang et al. | Holistic pelagic biodiversity monitoring of the Black Sea via eDNA metabarcoding approach: From bacteria to marine mammals | |
| Geng et al. | Eutrophication causes microbial community homogenization via modulating generalist species | |
| Loza et al. | Molecular fingerprinting of cyanobacteria from river biofilms as a water quality monitoring tool | |
| Zhao et al. | The heterogeneity of composition and assembly processes of the microbial community between different nutrient loading lake zones in Taihu Lake | |
| Duarte et al. | Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) in microbial ecology: insights from freshwaters | |
| Bai et al. | Fungal community as a bioindicator to reflect anthropogenic activities in a river ecosystem | |
| Schenk et al. | Nematodes as bioindicators of polluted sediments using metabarcoding and microscopic taxonomy | |
| Chucholl et al. | eDNA detection of native and invasive crayfish species allows for year-round monitoring and large-scale screening of lotic systems | |
| Snoj et al. | Resolving taxonomic uncertainties using molecular systematics: Salmo dentex and the Balkan trout community | |
| Shafi et al. | Aquatic bacterial diversity: Magnitude, dynamics, and controlling factors | |
| da Silva et al. | Effects of environmental pollution on the rDNAomics of Amazonian fish | |
| Tsukamoto et al. | Detection of endangered aquatic plants in rapid streams using environmental DNA | |
| RU2451084C2 (ru) | Способ оценки экологического состояния окружающей среды | |
| Batista et al. | Variability in a permanent cyanobacterial bloom: species-specific responses to environmental drivers | |
| Van Driessche et al. | Using environmental DNA metabarcoding to monitor fish communities in small rivers and large brooks: Insights on the spatial scale of information | |
| FitzPatrick et al. | Symbiodinium diversity in the soft coral Heteroxenia sp. and its nudibranch predator Phyllodesmium lizardensis | |
| Brown et al. | Reconciling nuclear microsatellite and mitochondrial marker estimates of population structure: breeding population structure of Chesapeake Bay striped bass (Morone saxatilis) | |
| Ngo et al. | Genetic screening of captive crocodile lizards (Shinisaurus crocodilurus) in Europe | |
| Liu et al. | Elevation explains variation in soil microbial diversity and community composition under experimental warming and fertilization treatments in mountain meadows | |
| Dhinakaran et al. | Assessment of morphometric and genetic variation in three freshwater fish species of the genus Garra (Osteichthyes: Cyprinidae) | |
| Or et al. | Detection of spatial and temporal influences on bacterial communities in an urban stream by automated ribosomal intergenic ribosomal spacer analysis | |
| ChaoYing et al. | Spatial heterogeneity of a microbial community in Kongsfjorden, Svalbard during late summer 2006 and its relationship to biotic and abiotic factors | |
| Vidaković et al. | Artificial sandpit lake as a habitat of brackish diatom species | |
| Mamyan et al. | Comparative investigation of the river phytoplankton of the Debed river catchment basin’s mining and non-mining areas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20110629 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130202 |
|
| BF4A | Cancelling a publication of earlier date [patents] |
Free format text: PUBLICATION IN JOURNAL SHOULD BE CANCELLED |