43. Mikroorganismy jako bioindikátory I. - tekoucí vody

iconStáhnout

Parametry úlohy

icon

Obtížnost:středně těžké

icon

Časová náročnost:70 minut

icon

Materiálová náročnost:středně náročné

icon

Druh materiálu:ostatní

icon

Čím pozorujeme:mikroskop

icon

Téma: Nižší rostliny
Ekologie rostlin

icon

Roční období: září, říjen, listopad, březen, duben, květen, červen

Teoretický úvod

Pojem indikátor znamená ukazatel. Pokud jako indikátor funguje organismus, označujeme jej termínem bioindikátor. Každý organismus má specifické nároky na podmínky prostředí. Pokud tyto jeho nároky známe, ukazuje nám jeho výskyt určitou kvalitu prostředí (např. množství živin, přítomnost určitých látek, pH apod.). Ne všechny organismy, které v prostředí najdeme, můžeme označit jako bioindikátory. Některé mají tak širokou toleranci – valenci k různým hodnotám prostředí (euryekní; euryvalentní organismy), že se vyskytují téměř všude (jsou kosmopolitní), takže jejich přítomnost o kvalitě prostředí nepodává žádnou informaci. Jiné mají toleranci užší a tak jejich přítomnost (či naopak absence) v prostředí informaci o jeho kvalitě podává. Organismy s úzkou tolerancí – valencí nazýváme stenoekní (stenovalentní). I organismy, které mají toleranci (valenci) užší, se však mohou přechodně nebo v menším množství vyskytovat i v prostředí, které pro ně není úplně optimální (ale je ještě vyhovující), proto stanovení hodnot prostředí s využitím bioindikátorů považujeme pouze za orientační a ne příliš přesná. U povrchových vod pomáhají organismy – bioindikátory stanovit její jakost. Bioindikátory nám ukazují zejména míru saprobity a míru eutrofizace povrchových vod.

Saprobita znamená organické znečistění. V hydrobiologii se užívá přesnějších stanovení pomocí počítání tzv. saprobního indexu podle vzorce. Nás však zajímá pouze orientační stanovení saprobity, k němuž lze využít přítomnosti bioindikátorů. Povrchové vody lze zjednodušeně rozdělit do několika tříd, každou ze tříd indikuje určité společenstvo bioindikátorů. Zjednodušené rozdělení které lze aplikovat na povrchové vody v ČR ukazuje tabulka.

Třída čistoty Jakost vody Společenstvo bioindikátorů Charakteristika
I. velmi čistá xenosaprobionti velmi málo organických látek, velmi málo mikroorganismů, prakticky bez ryb a jiných větších živočichů; prameny, horní toky potoků a řek
II. čistá oligosaprobionti málo organických látek, vysoký obsah kyslíku, náročnější mikroorganismy (některé rozsivky, krásivky), náročnější makroorganismy – mihule, ryby pstruhového pásma; říčky, jezera
III. znečistěná beta-mezosaprobionti vyšší obsah živin, dostatek kyslíku, velká biodiverzita řas – zelenivky, řada druhů rozsivek a krásivek, řada ryb z lipanového a parmového pásma; rybníky, řeky, přehrady
IV. silně znečistěná alfa-mezosaprobionti vyšší obsah živin, nižší obsah kyslíku, z mikroorganismů převažují heterotrofní prvoci nebo mixotrofní zástupci (např. krásnoočka); nenáročné ryby cejnového pásma, kapři; maximální přirozené znečistění povrchových vod; vody uměle znečistěné (kontaminované odpadními vodami)
V. velmi silně znečistěná polysaprobionti vysoký obsah živin, téměř chybí kyslík, převládají bakterie a další saprofytické organismy (např. nálevníci), obratlovci se téměř nebo vůbec nevyskytují; vody s vysokým podílem odpadních vod, stabilizační nádrže, akumulační rybníky apod.

Eutrofizace vody znamená obohacování vody minerálními látkami, hlavně dusíkem (N) a fosforem (P). V důsledku toho dochází k přemnožení fytoplanktonu a tvorbě tzv. vodního květu, což je doprovázeno vegetačním zbarvením vody, charakteristickým zápachem vody a často také vznikem toxických látek. Konečným důsledkem eutrofizace je pak vysoké množství odumřelé biomasy, obohacení vody živinami, úbytek kyslíku a převaha anaerobních procesů, podobně, jako je tomu ve vodách s vysokou saprobitou. Eutrofizaci je poměrně těžké odlišit od saprobizace (znešisťování). Pro naše účely postačí jednoduché pravidlo – znečisťování (saprobizace) se obvykle projevuje změnou druhového složení (biodiverzity), zatímco při eutrofizaci zůstává druhové složení víceméně stálé, ale narůstá biomasa jednotlivých zástupců. Při hodnocení kvality vody si tedy všímáme nejen toho, jaké organismy nalézáme, ale také toho, kolik jich ve vzorcích je.

Složení společenstva se v průběhu roku více nebo méně mění (sukcesní vývoj společenstva), je tedy pravděpodobné, že budeme-li pozorovat opakovaně vzorek ze stejné lokality, dojdeme k jiným výsledkům. Roční období, v němž je vzorek odebrán, je tedy jedním z faktorů který bereme v úvahu při formulaci závěrů. Dalším faktorem je místo a způsob odběru vzorku (z jaké hloubky a místa byl odebrán, zda u dna či u hladiny, u břehu či uprostřed, u přítoku či u odtoku apod.). Chceme-li porovnávat např. složení společenstva z téže lokality v různých ročních období, dbáme na to, aby byl odběr vzorku provedený na stejném místě a stejným způsobem. Stejně postupujeme, pokud chceme porovnávat vzorky z různých lokalit a hodnotit je a porovnávat z hlediska jakosti vody.

Materiál

Vzorky povrchových vod z potoků a řek (při odběru vzorku si poznamenejte místo a datum odběru). Odebírejte vzorky tak, aby obsahovaly zbytky rostlin, kamínky nebo kusky dřeva s nánosy řas, nebo při odběru sešrábněte nárůsty řas z ponořených předmětů (kamenů, rostlin kůlů, mola apod.)

Pomůcky

Mikroskop, podložní a krycí sklíčko, Petriho miska, kapátko, filtrační papír.

Úkoly

1. Mikroskopické pozorování planktonních organismů ve vzorcích vod z různých lokalit

Přeneste na sklíčko kapku vody z vymačkaného chuchvalce řas nebo jiného rostlinného materiálu z vašeho vzorku odebraného z potoku nebo řeky či vložte pomocí preparační jehly do kapky vody kousek seškrábnutého porostu řas, který pokrývá ve vodě ponořené předměty. Pokud v doneseném vzorku nemáte ani chomáč řas ani kameny či jiné ponořené předměty, naberte kapátkem alespoň usazeninu, která se vytvořila na dně vzorkovnice, či naopak povrchovou blanku z hladiny vzorkovnice, kterou jste nechali odstát v klidu. V preparátu se zaměřte na vyhledání všech mikroskopických organismů (bakterií, prvoků, různých druhů řas aj.) Zakreslete pozorované organismy a s pomocí určovací literatury případně internetové databáze je zařaďte do rodů. Z každého doneseného vzorku vytvořte 5 – 8 preparátů a zaznamenávejte si nejen druhy nalezených organismů, ale také jejich četnost.

2. Stanovení míry saprobity a eutrofizace povrchových vod s využitím nalezených mikroorganismů jako bioindikátorů

S využitím našich zjednodušených přehledů a charakteristik společenstev xenosaprobiontů; oligosaprobiontů; beta-mezosaprobiontů; alfa-mezosaprobiontů a polysaprobiontů se pokuste stanovit stupeň znečistění (saprobitu) vody a míru její eutrofizace. Mějte na paměti, že každý z organismů má určitou šíři tolerance k podmínkách prostředí a že je možné, že jeden zástupce se může vyskytovat i v několika společenstvích. Poznamenejte si u každého nalezeného zástupce, zda je bioindikátorem, popř. jakého společenstva a v závěru vysklovte svůj názor o míře znečistění vody ve zkoumané lokalitě. V závislosti na ročním období, místě odběru a početnosti jednotlivých druhů bioindikátorů se pokuste vyjádřit i o míře eutrofizace zkoumaného vzorku.

Výsledky pozorování

Ve vzorku z říčky Smutné (foto č. 1) je poměrně vysoká biodiverzita. V preparátech bylo velké množství zástupců, nejčastější jsou zachyceni na fotografii. Převažovaly zelené řasy, prvoci se nevyskytovali. Většina nalezených zástupců patří k představitelům beta-mezosaprobiontního společenstva. Vodu jsme tedy vyhodnotili jako znečistěnou – stupeň III.

Ve vzorku z řeky Lužnice (foto č. 2) je výrazná biodiverzita. V preparátech bylo velké množství zástupců, nejčastější jsou zachyceni na fotografii. Převažovaly zelené řasy a sinice, ale vyskytovalo se i poměrně voelké množství zooplanktoru, kromě nálevníků jsme zaznamenali slunivku (kořenonožci) a medvíďátko (želvušky). Většina nalezených zástupců patří k představitelům beta-mezosaprobiontního společenstva, nálevníci a krásnoočka pak k alfa-mezosaprobiontůmpolysaprobiontům. Vzhledem k vyššímu zastoupení živočišné složky planktonu jsme vodu vyhodnotili jako více znečistěnou než vodu vzorku 1. – stupeň III – IV. Na druhou stranu jsou zde zastoupeni také různí zástupci oligosaprobiontů. Vzhledem k období ve kterém byl vzorek odebrán (konec vegetační sezóny) předpokládáme, že vyšší míra organického znečistění byla sezónního charakteru. Tedy předpokládáme, že voda v Lužnici je znečistěná (stupěň č. III), s přechodně zhoršenou kvalitou, způsobenou větším množstvím organických zbytků v podzimním období.

Vzorek z Vltavy (foto č. 3) je velmi podobný vzorku z Lužnice. Také tento vzorek byl odebrán v podzimním období. Vodu vyhodnocujeme jako znečistěnou (stupeň III.) s přechodně zhoršenou kvalitou v souvislosti s podzimním obdobím.

Metodické poznámky a doporučení

  • Infomace o nárocích jednotlivých rodů na kvalitu vody jsme převzali z publikace Atlas vodních organismů se zřetelem na vodárenství, povrchové vody a čistírny odpadních vod, autorů Prof. RNDr. Vladimíra Sládečka, Dr Sc. a Prof. RNDr. Aleny Sládečkové, CSc..
  • Cílem úlohy je seznámit žáky s metodikou, nikoliv dosáhnout přesných výsledků. Metodika využití bioindikátorů je silně zjednodušená, a poskytne nám tedy pouze orientační výsledek. Tyto úlohy se silně zjednodušenou metodikou jsme zařadili proto, že patří k tzv. úlohám problémových, ve kterých mají žáci interpretovat zjištěné výsledky.
  • Úlohu lze použít jak pro začátečníky, tak pro pokročilé studenty (např. ve volitelných předmětech) – obtížnost úlohy stanovíme upřesněním zadání (kolik vzorků budou pozorovat, jak budou výsledky interpretovat apod.).
  • Zdaleka ne všechny organismy, které žáci ve vzorcích naleznou budou schopni určit a zdaleka ne všechny určené organismy je možné jako bioindikátory využít. Stejně tak naše přehledy zástupců jednotlivých společenstvech nejsou zdaleka vyčerpávající.
  • Mnohým žákům působí (alespoň zpočátku) problém už jen to, rozlišit pod mikroskopem organismy od částic detritu, případně různých nečistot.
  • Atraktivitu úlohy zvýší, připraví-li učitel vzorky pro zkoumání sám a vybere vzorky z hodně odlišných stanovišť (např. rašelinná tůň x chovný rybník).
  • Vysvětlíme žákům, že při tomto druhu zkoumání nelze dost dobře odlišit stupeň saprobity a míru eutrofizace.
  • Pro posouzení kvality vody ve vzorku nestačí připravit jeden nebo dva preparáty, je třeba připravit preparátů alespoň 8 – 10. Můžeme žáky vést k tomu, aby pracovali ve skupnách a výsledky svého pozorování spolu sdíleli.
  • Pro bližší určování řas může posloužit řada internetových zdrojů. Jedním z nich je tato Galerie řas a sinic fykologické laboratoře na Přirodovědecké fakultě JČU v Českých Budějovicích.
  • Další úlohy věnované stanovení saprobity povrchových vod pomocí bioindikátorů jsou úlohy 44 a 45. Nižším rostlinám se pak věnují také úlohy 35, 36, 37, 38, 39, 41 a 42.
  • U popisu obrázků a fotografií užíváme latinské názvy, protože ve většině internetových zdrojů jsou řasy uváděny pouze s latinským pojmenováním. Díky tomu je pak možné se snadněji orientovat, např. při vyhledávání v galerii sinic a řas. Stejně tak vyhledávání obrázků pomocí vyhledávačů je mnohem úspěšnější při zadání latinského názvu než při zadání názvu českého. Pokud známe česká jména řas, uvádíme je v textech.

Obrazová dokumentace

43-mikroorganismy-jako-bioindikatory-1-tekouci-vody 43-mikroorganismy-jako-bioindikatory-1-tekouci-vody

Mikroorganismy jako bioindikátory – Říčka Smutná – Srlín; 17. 8. 2010. Vitální preparát ve vodě. Mikroskop LP 3012-T; objektiv 20, 40/okulár 10 + kamera CMOS 2

Zástupce oligosaprobiontů: 1 – Staurastrum; zástupci beta-mezosaprobiontů: 2 – Melosira sp.; 3 – Synedra sp.; 4 – Gyrosigma sp.; 5 – Navicula sp.; 6 – Closterium sp.; 7 – Phacus sp.; 8 – Dictyosphaerium sp.; 9 – Scenedesmus sp.; 10 – Pediastrum sp.; 11 – Microcystis sp.

43-mikroorganismy-jako-bioindikatory-1-tekouci-vody 43-mikroorganismy-jako-bioindikatory-1-tekouci-vody

Mikroorganismy jako bioindikátory – Řeka Lužnice – Planá nad Lužnicí; 10. 10. 2010. Vitální preparát ve vodě. Mikroskop LP 3012-T; objektiv 20, 40/okulár 10 + kamera CMOS 2

Zástupci oligosaprobiontů: 1 – Staurastrum sp., 2 – Cymbella sp.; 3 – Tabellaria sp.; 4 – Cosmarium sp.; zástupci beta-mezosaprobiontů: 5– Melosira sp.; 6 – Synedra sp.; 7 – Gyrosigma sp.; 8 – Closterium sp.; 9 – Phacus sp.; 10 – Dictyosphaerium sp.; 11 – Scenedesmus sp.; 12 – Pediastrum sp.; 13 – Botryococcus sp.; 14 – Coelastrum sp.; 15 – Kirchneriella sp.; 16 – sinice Microcystis sp. a další druhy; zástupci alfa-mezosaprobiontůpolysaprobiontů: 17 – krásnoočko Euglena sp.; 18 Micractinium sp.; nálevníci: 19 – trepka; 20 – zobánka; 21– pancířník; 22 – vířenka; 23 – mrskavka; 24 – slávinka; další organismy: 25 – vířník; 26 – želvuška (medvíďátko); 27 – slunivka

43-mikroorganismy-jako-bioindikatory-1-tekouci-vody 43-mikroorganismy-jako-bioindikatory-1-tekouci-vody

Mikroorganismy jako bioindikátory – Řeka Vltava – Podolsko; 9. 10. 2010. Vitální preparát ve vodě. Mikroskop LP 3012-T; objektiv 20, 40/okulár 10 + kamera CMOS 2

Zástupci oligosaprobiontů: 1 – Fragillaria sp.; 2 – Cosmarium sp.; zástupci beta-mezosaprobiontů: 3– Melosira sp.; 4 – Gyrosigma sp.; 5 – Navicula sp.; 6 – Closterium sp.; 7 – Phacus sp.; 8 – Scenedesmus sp.; 9 – Pediastrum sp.; 10 – Kirchneriella sp.; zástupci alfa-mezosaprobiontůpolysaprobiontů – nálevníci: 11 – trepka; 12 – bobovka; 13– pancířník; 14 – vířenka; 15 – slávinka; 16 – chvostenec

PARTNEŘI PROJEKTU