XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Отбор семенного материала дуба черешчатого (Quercus robur) по морфометрическим параметрам
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Одной из основных лесообразующих пород в европейской части России является дуб черешчатый (Quercus robur). Это мощное дерево, со средней продолжительностью жизни 300-400 лет. Достигает в высоту 50 метров при диаметре 1-1,5 м. Дуб черешчатый широко используется человеком. В ход идет всё, начиная от его желудей и заканчивая древесиной. Прочная древесина дуба хорошо сохраняется на воздухе, в земле и под водой, устойчива к загниванию и грибку. Она используется при строении домов, кораблей и подводных сооружений. Широко применяется в мебельной промышленности, для производства паркета, дверей, рам, элементов лестничных маршей и резных изделий. Дубовая древесина почти не имеет запаха, поэтому широко используется для изготовления бочек под вино, коньяк, спирт, уксус, масло. Семена дуба – желуди – хороший сытный кормом для диких животных и домашних свиней. В связи с широким использованием дуба очень важно возобновление его запасов. Дуб - один из основных объектов искусственного лесовосстановления. «Проблема лесовосстановления дубрав занимает центральное место в отечественном лесоводстве.» [1] Говоря о проблеме лесовосстановления, следует помнить, что искусственное воспроизводство должно увеличивать продуктивность и качество леса.
Дуб размножается при помощи желудей. «Желудь – плод с деревянистым околоплодником, не срастающимся с семенем, имеет чашевидную плюску, образованную видоизмененными стерильными веточками соцветия, характерен для различных видов дуба.» [2] «Основные функции плода: формирование, защита и распространение семени» [3]. Желуди – довольно крупные плоды, которые не расщепляются и не выбрасывают семена. «Распространяются они целиком, чаще при помощи животных, которые делают запасы – например белки» [4]. Дуб относится к деревьям, семена которых созревают поздно. «Время созревания и сбора семян — сентябрь-октябрь. Предельная длительность хранения без специального оборудования — 1 год. Всхожесть мелких желудей ниже, чем крупных.». [5] Количество созревших желудей из года в год меняется, период их созревания несистематический. Поэтому очень важно отобрать максимально качественные желуди в большом количестве тогда, когда это возможно. И сделать это необходимо быстро.
Чтобы лесовосстановление было успешным, нужен, в первую очередь, качественный посадочный материал. От его качества зависит здоровье сеянцев и их дальнейший рост. Нередко случается, что на первый взгляд здоровый и целый желудь оказывается дефектным изнутри. В таком случае дерева из него не вырастет, а значит, вся работа по воспроизводству была напрасной.
Основная часть
Наше исследование будет интересно тем натуралистам-любителям, которые хотели бы собрать небольшое количество желудей для последующего проращивания. Обычно для выбора желудей используют водный или «плавающий» тест. Проводится он следующим образом. Собранные желуди кладут в ведро с водой. Ждут несколько минут. Затем выбрасывают все желуди, которые остались плавать. Желуди, которые утонули вынимают из воды сушат. Затем их закладывают на дальнейшее хранение либо сразу используют для посадки. Однако для сбора небольшого количества желудей не всегда удобно брать с собой в лес ведро и воду (а найти воду на месте не всегда возможно). Наш способ состоит в отборе желудей высокого качества с помощью портативных электронных весов, электронного штангенциркуля и калькулятора. Они компактны, занимают мало место и их легко взять с собой в лес.
Для расчетов нами использовались желуди, собранные в трех местах: пгт Каменка, 300-летний дуб в Воронежской нагорной дубраве и дуб на остановке общественного транспорта «Институт генетики». Желуди из Каменки нам привезли, остальные мы собрали сами. Нас интересовал вопрос какие морфометрические параметры имеют заведомо годные желуди, прошедшие «плавающий тест». Выяснение этих параметров позволит производить отбор желудей без использования «плавающего теста»
Методика проведения исследования
В каждой точке желуди собирались из-под одного дерева. Собранные желуди были проверены с помощью «плавающего теста». Желуди, прошедшие тест, были высушены. Затем в каждой из трех групп («Каменка», «300 лет», «ЦНИЛГиС») были случайным образом отобраны по 100 желудей, которые и участвовали в дальнейших измерениях. С помощью портативных электронных весов (500 гр/0,01 гр) была измерена масса желудей. С помощью электронного штангенциркуля (150 мм/ 0,01 мм) были измерены длина и диаметр желудей. Все промеры желудей (масса - m, гр; длина - l, мм; диаметр - d, мм) представлены в таблицах №№ 1-3 приложения.
Затем были рассчитаны коэффициент формы (l/d отношение длины к диаметру), объем и V= l*d2/1000- произведение длины на квадрат диаметра в см3 и tgα= m/(l*d2/1000). Дальнейшие расчеты велись с помощью программы Microsoft Excel (Анализ данных – Описательная статистика). Для каждого дуба были рассчитаны статистические критерии. По итогам расчетов была составлена таблица 1.
Таблица 1. Морфометрические параметры желудей.
|
Место сбора |
m, гр |
l, мм |
d, мм |
l/d |
k=tgα= m/(l*d2/1000) |
|
|
Каменка |
min |
3,54 |
27,14 |
12,92 |
1,45 |
0,543 |
|
max |
11,2 |
44,88 |
20,28 |
2,63 |
0,751 |
|
|
средн |
6,92±0,17 |
36,83±0,53 |
16,80±0,13 |
2,20±0,03 |
0,658±0,005 |
|
|
300 лет |
min |
4,03 |
28,13 |
13,66 |
1,66 |
0,528 |
|
max |
7,59 |
38,33 |
17,74 |
2,50 |
0,808 |
|
|
средн |
5,45±0,08 |
34,25±0,19 |
15,70±0,09 |
2,19±0,02 |
0,644±0,004 |
|
|
ЦНИЛГиС |
min |
6,05 |
34,19 |
15,91 |
1,94 |
0,558 |
|
max |
11,0 |
44,21 |
20,42 |
2,46 |
0,723 |
|
|
средн |
8,37±0,13 |
39,3±0,22 |
18,1±0,09 |
2,17±0,01 |
0,643±0,003 |
Затем для каждой группы были построены диаграммы рассеяния на плоскости «масса желудя – отношение l/d». Затем нами были построена общая диаграмма рассеяния «масса желудя – отношение l/d», где каждый дуб выделен своим цветом. Она представлено на рисунке 1.
Рис. 1 Диаграмма рассеяния «масса желудя – отношение l/d»
Далее для каждой группы были построены диаграммы рассеяния на плоскости «масса желудя- величина l*d2/1000». Также нами была построена общая диаграмма рассеяния «масса желудя- величина l*d2/1000», где каждый дуб выделен своим цветом. Она представлена на рисунке 2.
Рис. 2 Диаграмма рассеяния «масса желудя- величина l*d2/1000»
Мы объединили все собранные нами желуди и построили для них диаграмму размаха (ящик с усами). Она представлена на рисунке 3.
Рис. 3 Диаграмма размаха для всех собранных желудей.
Заключение
Анализ результатов исследования
Очевидно, что диаграмма рассеяния группы «Каменка» более вытянута и разбита на три части, что свидетельствует о ее разнородности. Побеседовав с теми, кто привез нам желуди из Каменки мы выяснили, что их сбор проводился под дубом, росшим в овраге, и туда могли падать желуди с дубов, находящихся выше его. Подобная ошибка будет учтена нами при дальнейшей работе. Масса желудей реликтового дуба в среднем меньше массы желудей с остановки «Институт генетики», что хорошо видно на их облаках рассеивания.
Очевидно, что эти же разнородность и разница по массе видны на диаграмме рассеяния «масса желудя- величина l*d2/1000» (рис. 2).
Масса желудей зависит от их длины и диаметра. Наилучшим образом ее описывает уравнение вида m = k*l*d2/1000, где k безразмерный коэффициент, l - длина желудя, а d – его диаметр. Из этого уравнения мы легко находим k делением массы желудя на величину l*d2/1000. «Использование этой зависимости на практике позволяет быстро и точно оценивать массу желудей по их размерам, что упрощает отбор элитных деревьев.» [6]
Проанализировав рассчитанные значения tgα суммарно для всех трех выборок исследуемых желудей, мы видим, что tgαmin=0,557, tgαmax=0,737, а tgαсредн=0,648. Таким образом принимая tgα=0,65 и выше, мы можем быть уверены в том, что нами отобран качественный желудь. В эту область попадает примерно половина отобранных нами желудей. Остальные желуди попадают в область tgα=0,55-0,65 за исключением нескольких выбросов.
Выводы
1. Разработана и проверена методика, позволяющая проводить отбор желудей с помощью весов и штангенциркуля без использования «водного теста».
2. Определена формула для расчета коэффициента k.
3. Определены точные числовые границы коэффициента k, который позволяет дифференцировать желуди по их качеству.
Алгоритм отбора желудя выглядит следующим образом.
Способ отбора желудя с помощью электронных весов и электронного штангенциркуля:
Взвешиваем желудь на портативных электронных весах (300гр/0,01 гр). Получаем массу желудя (m, гр)
Измеряем электронным штангенциркулем (150мм/0,01мм) длину желудя (l, мм).
Измеряем электронным штангенциркулем (150мм/0,01мм) диаметр желудя (d, мм).
Производим расчет величины l*d2 см3.
Делим массу желудя (m, гр) на величину l*d2. Фиксируем полученный результат.
Желуди, у которых этот результат больше, чем 0,65, считаем высококачественным.
Желуди, у которых этот результат находится в промежутке от 0,55 до 0,65 считаем желудями среднего качества. Их мы будем использовать для посадки в том случае если не найдем достаточного количества высококачественных желудей.
Желуди, у которых этот результат меньше, чем 0,55 считаем желудями низкого качества и для посадки не используем.
Данный метод позволяет отобрать желуди и быть твердо уверенным в их высоком качестве.
Дальнейшие перспективы работы
1. Провести дополнительный сбор желудей для дальнейших исследований по данной теме.
2. Провести проверку всхожести желудей.
3. Сравнить всхожесть желудей, отобранных с помощью данного метода и с помощью «водного теста».
4. Провести видеофиксацию результатов исследования.
Список литературы
Крюкова С.А. Искусственное восстановление дубрав в Центральной лесостепи // Тезисы докладов V Международной научно-практической конференции "Инновации и технологии в лесном хозяйстве" ITF-2016, 31 мая-2 июня 2016 г., Санкт-Петербург, ФБУ "СПбНИИЛХ. СПб: СПбНИИЛХ, 2016. с. 85.
Пименов А. В. Лекция 8. Плоды и семена. [Электронный ресурс]. URL: http://sbio.info/lections/rasteniya/plody_i_semena (дата обращения: 9.10.2020)
Яковлев Г.П., Аверьянов Л.В. Ботаника для учителя. В 2-х ч. М.: Просвещение, Ч.I - 1996, 224с
Н. Грин, У. Стаут, Д.Тейлор Биология 3 том. В 3-х томах. Москва: "Мир", 1990. Стр.71.
Арифулина Е., Дуб черешчатый — Quercus robur. [Электронный ресурс]. URL: http://russianpermaculture.ru/rastenia/dub-chereshchatyi-quercus-robur/ (дата обращения: 09.10.2020)
Исаев А. В., Демаков Ю. П. Фенотипическая структура ценопопуляций дуба черешчатого по массе и форме его желудей. Научные труды Государственного природного заповедника «Большая Кокшага». Вып. 7. – Йошкар-Ола: Поволжский госудасртвенный технологический университет, 2015. – 302 с.