IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

БИОИНДИКАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧИСТОТЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ИЗУЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПЫЛЬЦЫ РАСТЕНИЙ ОТДЕЛА ПОКРЫТОСЕМЕННЫЕ (ЦВЕТКОВЫЕ) НА ПРИМЕРЕ ТИМОФЕЕВКИ ЛУГОВОЙ (PHLEUM PRETENSE) И ПОДОРОЖНИКА БОЛЬШОГО (PLANTáGO MáJOR)
Бобров В.В.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Экологические проблемы занимают одно из главных мест в жизни современного общества. Они накапливались десятилетиями и решаться они будут долго и трудно.

Человечество слишком медленно подходит к пониманию масштабов опасности, которую создает потребительское отношение к окружающей среде. Между тем решение глобальных экологических проблем требует совместных усилий международных организаций, государств, регионов, общественности.

За время своего существования человечество уничтожило около 70 процентов всех естественных экологических систем на планете, которые способны перерабатывать отходы человеческой жизнедеятельности, и продолжает их уничтожение. Объем допустимого воздействия на биосферу в целом превышен сейчас в несколько раз. Более того, человек выбрасывает в окружающую среду тысячи тонн веществ, которые в ней никогда не содержались и которые зачастую не поддаются или слабо поддаются переработке.

Наш районный центр село Викулово имеет ряд промышленных предприятий, выбрасывающих вредные вещества в атмосферу. В селе большое количество личного и общественного автотранспорта, проходит автотрасса федерального значения Тюмень-Омск, выхлопные газы пагубно влияют на чистоту атмосферы.

Мы выбрали пыльцу как важный индикатор антропогенного влияния, ведь качество пыльцевых зерен в большой степени зависит от уровня загрязнения среды.

Цель:

исследовать загрязненность атмосферного воздуха в селе Викулово по качеству пыльцевых зерен растений Отдела Покрытосеменные.

Задачи:

  1. Изучить литературу по семенному размножению Покрытосеменных растений;

  2. Изучить литературу по строению и развитию мужского гаметофита – пыльцы и проявление патологий в связи с атмосферным загрязнением;

  3. Выбрать экспериментальные площадки;

  4. Собрать биологический материал;

  5. Познакомиться с методикой анализа качества пыльцы и провести его на данных растениях;

  6. Проанализировать, сравнить и обобщить собранный материал.

Предмет исследования: качество атмосферного воздуха на территории села Викулово.

Объект исследования: состояние пыльцы тимофеевки луговой и подорожника большого как чувствительного биологического объекта.

1.Теоретическая часть

1.1 Характеристика генеративного аппарата отдела Покрытосеменных (Цветковых) растений

Важнейшая особенность Цветковых растений — наличие специализированного генеративного органа — цветка, берущего на себя функции полового размножения и привлечения опылителей (рис.1).

Рис.1. Строение цветка

Цветок — сложный орган семенного размножения Цветковых (Покрытосеменных) растений.

Цветок представляет собой видоизменённый, укороченный и ограниченный в росте побег. Цветок состоит из стеблевой части (цветоножка и цветоложе), листовой части (чашелистики, лепестки) и генеративной части (тычинки, пестик или пестики).

Тычинка — мужской репродуктивный орган цветка Покрытосеменных растений. Совокупность тычинок называется андроцеем (рис.2).

Рис.2. Строение тычинки

Количество тычинок в одном цветке у разных Покрытосеменных широко варьируется от одной (орхидные) до нескольких сотен (мимозовые). Как правило, число тычинок постоянно для определённого вида. Нередко расположенные в одном цветке тычинки имеют разное строение (по форме или длине тычиночных нитей).

Тычинки могут быть свободными или сросшимися. По числу групп сросшихся тычинок различают разные типы андроцея: однобратственный, если тычинки срастаются в одну группу; двубратственный, если тычинки срастаются в две группы; многобратственный, если многочисленные тычинки срастаются в несколько групп; братственный — тычинки остаются несросшимися.

Пестик — часть цветка, образованная одним, либо несколькими сросшимися плодолистиками, это женский репродуктивный орган цветковых растений. В полости пестика расположены семязачатки. (рис.3)

Рис.3. Строение пестика

В цветке может быть как один, так и несколько пестиков. Расположены пестики обычно в центре цветка.

В пестике можно выделить три части:

  • завязь — нижнее полое расширенное образование;

  • столбик — стерильная часть пестика, представляющая собой относительно тонкое образование, выходящее из завязи, обычно имеет цилиндрическую форму. Столбик образован одним или несколькими сросшимися стилодиями (верхними вытянутыми частями плодолистиков);

  • рыльце — образование, находящееся на вершине столбика.

Пыльца развивается в пыльниках тычинок. Пыльник, граничащий с наружной кожицей тангентальными перегородками, делится на два слоя, из которых наружный производит стенку пыльцевой камеры, а внутренний даёт начало археспорию, состоящему из производящих, или материнских, клеток пыльцы. Затем материнские клетки пыльцы обыкновенно увеличиваются в размере и утолщают оболочку. Они или остаются соединёнными между собой (большинство двудольных), или разъединяются (многие однодольные растения). Каждая производящая клетка затем делится на четыре специально производящие клетки или через повторное деление на две (у однодольных), или же вокруг получившихся путём деления четырёх ядер возникают сразу оболочки четырёх клеток (у большинства двудольных). Содержимое внутри каждой специальной производящей клетки облекается новой оболочкой, дифференцирующейся на наружный толстый слой, экзину, и внутренний — интину.

Рис.4-6.Микроскопическое строение пыльцы различных растений

Пыльца цветов состоит из множества различимых под микроскопом зерен. Их размер колеблется от 0,01 до 0,25 миллиметра. По форме они бывают круглыми, шаровидными, овальными, треугольными, имеют различный цвет. Зерна пыльцы подсолнечника, например, желтые, акации - белые, валерианы - коричневые.

1.2.Практическое значение пыльцы

Ученые всесторонне изучают цветочную пыльцу, и, возможно, скоро наука будет располагать достоверными данными о действии ее на организм человека.

Рис.7. Цветочная пыльца

Имеются сведения о том, что пыльца восстанавливает силы, повышает аппетит и способствует нарастанию массы тела выздоравливающих больных. Она оказывает хороший эффект при малокровии, увеличивая содержание в крови гемоглобина и эритроцитов. Однако если пыльцу цветов принимать длительно, она может вызвать снижение свертываемости крови.

Показывает благоприятное воздействие на поврежденную кожу, стимулируя регенерацию (восстановление) ее клеток. Поэтому пыльцу добавляют в некоторые мази и кремы, применяющиеся для лечения ран и заболеваний кожи.

В состав пыльцы входят витамины А, С, группы В, никотиновая, фолиевая и пантотеновая кислоты, биотин. Есть в ней кремний, сера, медь, кобальт, натрий, железо, алюминий, кальций, серебро, цинк, хром, барий, магний, марганец, фосфор и другие минеральные вещества. Содержит пыльца и аминокислоты, в том числе метионин, триптофан, изолейцин.

Но также пыльца оказывает и вредное воздействие, так как может вызывать аллергию.

Поллиноз – болезнь, вызванная пыльцой растений. Аллергия к пыльце чаще всего проявляется в виде ринита, конъюнктивита и пыльцевой бронхиальной астмы таблица 1)

. Таблица 1

Растения – аллергены

Злаки

Деревья

Сорные растения

Тимофеевка

Береза

Полынь

Овсяница

Клен

Одуванчик

Ежа

Ольха

Подорожник

Мятлик

Лещина

Щавель

Лисохвост

Вяз

Крапива

Пшеница

Ива

Лебеда

Овес

Тополь

Лебеда

Рожь

Ясень

Полынь

  1.  
    1. Видовая характеристика опытных экземпляров

В качестве опытных растений были использованы тимофеевка луговая и подорожник большой

  1. Тимофеевка луговая (Phleum pretense)

Тимофеевка (Phleum), или Аржанец —род однолетних или многолетних трав семейства Злаки, или Мятликовые, широко распространённых в Евразии и Африке, интродуцированных за океаном в Америке и Австралии. Встречается в лесах, лесостепях и в горных районах. Зимостойкое растение, всходит ранней весной.

Растение во многом схоже с близкородственным лисохвостом. Растёт до 1 метра в высоту, образует рыхлые кусты.

Цветки формируют «султан» — мелкий, но плотный цилиндрический колос.

Плод — зерновка.

Фото 1. Тимофеевка луговая

  1. Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

Подорожник большой — многолетнее травянистое растение. Растение имеет короткое корневище, усаженное тонкими нитевидными корнями. Листья собраны в прикорневую розетку, черешковые, широкоовальной формы. Черешки равны по длине пластинке листа, длиннее её или редко короче. Цветоносы прямостоячие, при основании восходящие, высотой 15—45 см, тонкобороздчатые, заканчивающиеся длинным цилиндрическим соцветием — колосом. Цветки мелкие четырёхчленные, чашелистики по краям плёнчатые, венчик светло-буроватый. Четыре тычинки вдвое длиннее трубки венчика, их нити белые, пыльники — тёмно-лиловые. Цветёт с мая — июня (на севере) до августа — сентября. Плод — многосемянная коробочка.

Фото 2. Подорожник большой

  1. Практическая часть

Изучение качества пыльцевых зерен выбранных растений проводилось на 5 экспериментальных площадках села Викулово.

  1.  
    1. Методика проведения исследования

В данном исследовании мы пользовались методикой Никитина С.С.

Для работы используются:

  • микроскоп,

  • предметные и покровные стекла,

  • препаровальные иглы,

  • пипетки,

  • раствор йода (для приготовления слабого раствора йода необходимо взять 2 мл 5 % спиртового раствора йода и разбавить 10 мл воды).

Этот раствор используется для окрашивания пыльцы. После окраски нетрудно отличить нормальные пыльцевые зерна от абортивных (таблица 2).

Таблица 2

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

  1. интенсивно окрашены

  2. одинаковые по размерам

  3. одинаковые по форме

  1. не окрашены (или слабо окрашены)

  2. разных размеров

  3. неправильной формы

Работу с пыльцой после ее сбора (рис. 1) проводим следующим образом:

  1. Препаровальной иглой помещаем пыльцу на предметное стекло.

  2. С помощью пипетки наносим на пыльцу каплю раствора йода и размешиваем каплю препаровальной иглой так, чтобы все пыльцевые зерна были в растворе, а не плавали на поверхности (рис.2).

  3. Выдерживаем препарат в таком виде в течение двух минут, после этого накрываем каплю покровным стеклом и рассматриваем препарат под микроскопом (рис.3, 4).

  4. Подсчитываем количество нормальных и абортивных пыльцевых зерен у растений из 200 пыльцевых зерен.

  5. Определяем % нормальных и абортивных пыльцевых зерен по каждому растению, взятому для анализа.

  6. Все данные заносим в полевой дневник, а затем в таблицу.

Рис.1

Рис.2

Рис.3

Рис.4

  1.  
    1. Характеристика экспериментальных площадок

Для проведения исследования были выбраны пять площадок, расположенных на территории села Викулово.

Площадка № 1 – улица Гагарина, обочина дороги.

Площадка № 2 – территория АЗС (рис.5).

Рис.5 Территория АЗС

Площадка № 3 –автотрасса Викулово-Ишим, 3 км от села, лесная поляна (рис.6).

Рис. 6 Лесная поляна

Площадка № 4 – территория МАОУ «Викуловская СОШ № 2» (рис. 7).

Рис.7 Территория МАОУ «Викуловская СОШ № 2»

Площадка № 5 – Парк МАОУ «Викуловская СОШ № 2» (рис.8).

Рис.8 Парк МАОУ «Викуловская СОШ № 1»

Площадка № 6 - Парк в центре с. Викулово (рис. 9).

Рис.9 Парк в центре с. Викулово

Площадка № 7 – лесная поляна около озера Щучье (рис.10).

Рис.10 Лесная поляна около озера Щучье

Результаты исследования

Результаты исследования представлены в таблицах 3,4.

  • Тимофеевка луговая Phleum pratense

Таблица 3

Дата сбора

Место сбора

Время сбора

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна (из 200)

Абортивные пыльцевые зерна (из 200)

 

Число

%

Число

%

1

17.06.2017

Площадка № 1

11.30

20

10

180

90

2

17.06.2017

Площадка № 2

14.10

2

1

198

98

3

17.06.2017

Площадка № 3

14.30

91

46

109

54

4

17.06.2017

Площадка № 4

14.50

58

29

142

71

5

17.06.2017

Площадка № 5

15.10

28

14

179

86

6

17.06.2017

Площадка № 6

15.30

47

34

163

66

7

17.06.2017

Площадка № 7

16.30

74

37

126

63

  • Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

Таблица 4

Дата сбора

Место сбора

Время сбора

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна (из 200)

Абортивные пыльцевые зерна (из 200)

 

Число

%

Число

%

1

17.06.2017

Площадка № 1

13.47

43

22

157

78

2

17.06.2017

Площадка № 2

0

0

0

0

0

3

17.06.2017

Площадка № 3

15.50

72

36

128

64

4

17.06.2017

Площадка № 4

0

0

0

0

0

5

17.06.2017

Площадка № 5

15.20

55

28

145

72

6

17.06.2017

Площадка № 6

15.35

49

25

151

75

7

17.06.2017

Площадка № 7

16.30

50

25

150

75

Анализ экспериментальных площадок

Экспериментальная площадка №1

Таблица 5

Таблица качества пыльцевых зерен

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна (из 200)

Абортивные пыльцевые зерна (из 200)

Число

%

Число

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

20

10

180

90

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

43

22

157

78

Среднее значение

31,5

16

168,5

84

Гистограмма к таблице №5 (1 – Тимофеевка луговая, 2 -Подоро́жник большо́й).

Выводы:

  1. на первой площадке наибольший % абортивных зерен у подорожника большого – 22%

  2. наименьший % абортивных зерен у тимофеевки луговой – 10%

  3. средний % абортивных зерен среди всех растений – 31,5%

Экспериментальная площадка №2

Таблица № 6

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

Число (из 200)

%

Число (из 200)

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

2

1

198

98

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

0

0

0

0

Среднее значение

2

1

198

98

Гистограмма к таблице № 6 (1 – Тимофеевка луговая)

Выводы:

  1. на первой площадке больший % абортивных зерен у подорожника большого – 98%

  2. подорожник большой не обнаружен

Экспериментальная площадка №3

Таблица № 7

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

Число (из 200)

%

Число (из 200)

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

91

46

109

54

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

72

36

128

64

Среднее значение

81,5

42

118,5

59

Гистограмма к таблице № 7 (1 – Тимофеевка луговая, 2 -Подоро́жник большо́й).

Выводы:

1. На третьей площадке наибольший % абортивных зерен у подорожника большого – 64%

2. наименьший % абортивных зерен у тимофеевки луговой – 54%, что меньше показателя у 1 и 2 площадок

3. средний % абортивных зерен среди всех растений – 59% и это наименьший показатель по трем площадкам

Экспериментальная площадка № 4

Таблица № 8

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

Число (из 200)

%

Число (из 200)

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

58

29

142

71

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

0

0

0

0

Среднее значение

58

29

142

71

Гистограмма к таблице № 8 (1 – Тимофеевка луговая).

Выводы:

1. на четвертой площадке % абортивных зерен у тимофеевки луговой составляет 71%

2. подорожник большой на данной площадке не обнаружен

Экспериментальная площадка № 5

Таблица № 9

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

Число (из 200)

%

Число (из 200)

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

28

14

179

86

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

55

28

145

72

Среднее значение

41,5

21

162

79

Гистограмма к таблице № 9 (1 – Тимофеевка луговая, 2 -Подоро́жник большо́й).

Выводы:

1. На пятой площадке наибольший % абортивных зерен у тимофеевки луговой – 86%

2. наименьший % абортивных зерен у подорожника большого – 72%

3. средний % абортивных зерен среди всех растений – 79 %

Анализ экспериментальных площадок

Экспериментальная площадка № 6

Таблица № 10

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

Число (из 200)

%

Число (из 200)

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

47

34

163

66

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

49

25

151

75

Среднее значение

48

29,5

157

70,5

Гистограмма к таблице № 10 (1 – Тимофеевка луговая, 2 -Подоро́жник большо́й).

Выводы:

1. На шестой площадке наибольший % абортивных зерен у подорожника большого – 75%

2. наименьший % абортивных зерен у тимофеевки луговой – 66%

3. средний % абортивных зерен среди всех растений – 70,5%

Анализ экспериментальных площадок

Экспериментальная площадка № 7

Таблица № 11

Вид растения

Качество пыльцевых зерен

Нормальные пыльцевые зерна

Абортивные пыльцевые зерна

Число (из 200)

%

Число (из 200)

%

1

Тимофеевка луговая

Phleum pratense

74

37

126

63

2

Подоро́жник большо́й (Plantágo májor)

50

25

150

75

Среднее значение

62

31

138

69

Гистограмма к таблице № 11 (1 – Тимофеевка луговая, 2 -Подоро́жник большо́й).

Выводы:

1. На седьмой площадке наибольший % абортивных зерен у подорожника большого – 75%

2. наименьший % абортивных зерен у тимофеевки луговой – 63%

3. средний % абортивных зерен среди всех растений – 69%

Общие выводы по показателям качества пыльцы на экспериментальных площадках

  1. Наибольшее количество абортивных пыльцевых зерен, то есть нарушения в строении мужского гаметофита наблюдается на площадке № 1, расположенной в непосредственной близости к АЗС.

  2. Наименьшее количество абортивных пыльцевых зерен, то есть нарушения в строении мужского гаметофита наблюдается на площадке № 3, расположенной в 3 км от села, лесная поляна.

  1. При исследовании качества пыльцы опытных экземпляров, необходимо учитывать не только место их расположения по отношению к источникам загрязнения атмосферного воздуха, но и погодные условия в текущем сезоне, 2017 год оказался экстремально холодным, средняя температура воздуха за летние месяцы составляет 18,5 градусов С.

  1. Также, можно наблюдать постепенное уменьшение количества поврежденной пыльцы по «розе ветров» в северо–западном направлении от села.

Заключение

В ходе исследовательской работы была определена загрязненность атмосферного воздуха над с. Викулово по качеству пыльцевых зерен растений двух видов. Для этого была изучена литература, методика анализа качества пыльцы и использована ее для исследований на 7 площадках населенного пункта.

Выводы

1. Наибольшее количество абортивных пыльцевых зерен, то есть нарушения в строении мужского гаметофита, наблюдается на площадке № 1, расположенной в непосредственной близости к АЗС; наименьшее количество абортивных пыльцевых зерен наблюдается на площадке № 3, расположенной в 3 км от с. Викулово, лесная поляна.

2. Растение, пыльца которого наиболее сильно реагирует на загрязнение атмосферы – тимофеевка луговая.

3. При исследовании качества пыльцы опытных экземпляров, необходимо учитывать вид

взятых растений, место их расположения по отношению к источникам загрязнения

атмосферного воздуха, погодные условия в текущем сезоне, климат.

Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха влияет на растения и их пыльцу, представляет серьезную угрозу здоровью населения, способствует снижению качества жизни.

Список литературы

  1. Горленко М.В. Курс низших растений. М.,1981.

  2. Жуковский П.М. Ботаника. 5-ое изд. М., 1982.

  3. Курсанов Л.И., Комарницкий Н.А., Раздорский В.Ф., Урнов А.А. Ботаника. 7-ое изд. Т.1: Анатомия и морфология растений. М., 1966; Т.2: Систематика растений.М., 1975.

  4. Лотова Л. И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений. — М.: КомКнига, 2007. — С. 65—69, 107. — 512 с.

  5. Осипова Г.Л. Поллиноз – аллергическое сезонное заболевание. //РМЖ. – 2000, том 8, №3, с 151-155

  6. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника: в 2-х т.; Пер с англ.- М.: Мир, 1990.

  7. Сергиевская Е.В. Практический курс систематики высших растений. Л.:Из-во ЛГУ, 1991.

  8. Фёдоров Ал. А., Артюшенко З. Т. Атлас по описательной морфологии высших растений. Цветок / АН СССР; Ботанич. ин-т им. В. Л. Комарова. — Л.: Наука, Ленингр. отд, 1975. — 352 с. — 3300 экз

  9. Ботаника с основами фитоценологии: Анатомия и морфология растений / Т. И. Серебрякова, Н. С. Воронин, А. Г. Еленевский. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. — 543 с. — Яковлев Г. П., Челомбитько В. А. Ботаника: Учебник для вузов/Под ред. Р. В. Камелина. — СПб.: СпецЛит, изд-во СПХФА, 2003. — 647 с.

  10. Centner, J.: Atlas of Immuno-Allergology, UCB plc, 125pp. (1986)

  11. Feldman B.R. and Carroll, D.: The complete book of children’s fallergies, Pan Books, LTD, London, 352 pp. (1986)

  12. Schafer T., Ring J. Epidemiology of allergic diseases. // Allergy. – 1997, v. 52, Suppl., p.15

  1. http://www.diary.ru/

  2. http://www.farmit.ru/

  3. http://www.gismeteo.ru/

  4. http://www.google.co.uk/

  5. http://www.rp5.ru/

  6. http://www.skype.com/

  7. http://www.wikimapia.org/

  8. http://www.wikipedia.org/