XVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Лишайники: удивительные организмы и индикаторы состояния окружающей среды

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Орешко Н.С. 1

---

1Иркутский кадетский корпус

Скворцова Д.А. 1

---

1Иркутский кадетский корпус

Работа в формате PDF

413.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В последние годы безопасности человека все больше угрожает загрязнение окружающей среды, в частности загрязнение атмосферы, которое опасно тем, что человек не может его чувствовать. Таким образом, одной из проблем безопасности XXI века является обнаружение загрязнения атмосферы, его нейтрализация. Сделать это можно с помощью биологических индикаторов, в качестве которых можно использовать лишайники - не только одни из самых выносливых организмов на планете, но еще и самые чувствительные.

Поэтому я задумался, какая экологическая обстановка в нашем поселке. Обходя окрестности леса, обратил внимание, что на стволах деревьев растут разные виды лишайников. Ближе к дороге лишайники не обнаружились. На уроках биологии мы узнали, что лишайники являются индикатором чистоты воздуха. Прежде чем начать исследования, я решил подробно познакомиться с этими организмами.

Актуальность исследования. Довольно интересно узнать по видам и количеству лишайников, в каком состоянии находиться воздушная среда в поселке.
Одной из важнейших проблем современности является изучение и сохранение биологического разнообразия в планетарном масштабе. Изучение видового состава флоры любой территории земного шара - основа для осуществления всей совокупности ботанических и экологических исследований.

Цель работы:

1. Установить взаимосвязи между загрязнением атмосферы и количеством лишайников.

2. Изучить природу лишайников и приобрести навыки научно-исследовательской работы.

Задачи:

1) по литературным источникам познакомиться с биологией лишайников, их ролью в природе и жизни человека;

2) с помощью простых методов исследования разобраться в экологической обстановке нашей местности;

3) выявить параметры загрязнения атмосферного воздуха с помощью лишайников;

4) выявить, какие виды лишайников обитают на территории нашего поселка;

5) обобщить полученные результаты и сделать выводы.

Методы:

1. Работа с определителем.

2. Наблюдение.

3. Измерение и математический подсчет.

4. Работа с дополнительной литературой.

Объект исследования: лишайники, растущие на деревьях в березовой роще и вдоль автомобильной дороги.

1. Лишайники - удивительные организмы

Лишайники. За неблагозвучным названием этих организмов скрывается удивительный по своеобразию мир. На редкость изящные, необычно устроенные, они окружают нас со всех сторон, стоит только появиться в лесу. Растут лишайники на стволах деревьев, свисают с веток, попадаются под ногами, покрывают «корой» камни. Насчитывают около 25 тысяч видов лишайников. Облик этих организмов причудлив и разнообразен. Известны палочковидные, кустистые, листоватые, пленчатые, клубкообразные, «голые» и густо покрытые чешуйками (филлокдадиями) лишайники, имеющие тело (слоевище или таллом), в виде булавы и пленки, бороды и даже «многоэтажных башен».

Впервые о лишайниках упоминает один из основоположников ботаники Теофраст, живший еще до нашей эры. Ему было известно лишь два вида, в то время как в XVIII веке Карл Линней различал уже 80 различных форм лишайников. Однако основателем лихенологии, науки о лишайниках, по праву считается шведский ученый Эрик Ахориус.

Самое удивительное в лишайниках - это их внутреннее строение. Состоят они из клеток гриба и водоросли. Водоросль в процессе фотосинтеза создает органическое вещество, которое потребляет гриб, оплетая клетки водоросли своими нитями. Гриб же защищает водоросль от пересыхания и перегрева и иногда даже жертвует собой ради напарника. Вот так они и живут вместе.

Открыл явление двойной природы этих организмов Симон Швенденер в 1867 году. Почти через 20 лет после этого наш отечественный ученый К.А. Тимирязев сказал, что некоторые ботаники и до сих пор не могут очнуться от впечатления, вызванного этим поразительным открытием.

И действительно, только вдумайтесь - гриб «сговаривается» с водорослью о совместной работе, и образуется новый вид организма. Разве это не удивительно! Многие исследователи пытались искусственно получить лишайник из различных клеток водорослей и грибов, однако удалось это лишь В. Ахмаджяну и Х. Хейккалю. Во всех других случаях опыты прекращались на середине. А это доказывает, что взаимоотношения двух составных частей лишайника значительно сложнее, чем просто взаимовыгодное сотрудничество. Некоторые ученые предполагают, что в ряде лишайников есть и третий компонент - бактерии.

Прикрепляются лишайники к субстрату пучками щетинок, представляющих грибные нити. Ими они удерживаются на почве, листьях тропических деревьев, на камнях и скалах. Некоторые лишайники кочуют как перекати-поле, а есть и такие, что плавают в воде.

Встречаются лишайники, предпочитающие селиться на известковых породах или исключительно на кремнеземных.

Ряд видов поселяется даже на старых железных пушках в музеях под открытым небом. Другие же ухитряются выжить на смоле, древесном угле, костях, оконных стеклах, фаянсе, фарфоре, коже, картоне, линолеуме, войлоке и других материалах.

Размножаются эти организмы, рассеивая споры, которые развиваются в особых вместилищах - плодовых телах, имеющих разнообразную форму: кувшина с отверстием вверху, открытых дисков или куполов, а то и бородавчатых выступов. Купола имеют обычно красную, коричневатую окраску, что придает лишайникам еще большее изящество. Они с успехом размножаются и вегетативно, «отпочковывая» от себя бугорки и различные выросты.

В медицине лишайники применяли еще древние египтяне за 2000 лет до нашей эры. Их кислоты, как оказалось, обладают антибиотическими свойствами. Карл Линней в 1749 году упоминал о 7 лекарственных видах лишайников.

Например, из пармелии скальной в то время делали тампоны для остановки кровотечения из носа, а из кладонии красноплодной готовили средство от кашля у детей 50-х годов прошлого века. Из лишайников удалось получить препараты, с успехом применяющиеся при лечении кожных заболеваний, ожогов, послеоперационных ран. А отвар из цетрарии исландской поднимает тонус организма, регулирует деятельность желудка, лечит заболевания дыхательных путей.

А самое неожиданное применение лишайников, в парфюмерии, хотя известно об этом было еще в XV-XVIII веках. В Древнем Египте из них получали порошок, который использовали для получения пудры. Вещества, содержащиеся в эвернии сливовой, являются хорошими закрепителями ароматов, а поэтому они применяются при изготовлении духов, а в странах Северной Африки их употребляют как ароматизаторы хлеба. На севере России некоторые местные жители используют их как красители.

Многие лишайники являются хорошими индикаторами воздуха. Наиболее чувствительные к его загрязнению лишайники обитают на коре деревьев. Поэтому мы не встретим лишайники около промышленных районов, фабрик и заводов, извергающих вредные выбросы своего производства в атмосферу.

Вот такими полезными оказались эти причудливые создания природы. Будете в лесу - присмотритесь к ним! Растут лишайники очень медленно. За год увеличиваются всего на 1-8 мм. Зато есть среди них настоящие долгожители, видевшие, что было на Земле 3000 лет назад. Медленный рост лишайников используют даже для определения возраста горных пород. Таким же образом ученые установили, что знаменитым идолам с острова Пасхи не менее 600 лет.

2. Лишайники - индикаторы атмосферы

Непосредственное влияние на лишайники оказывает освещенность, температура, физические и химические свойства субстрата и особенно состав воздуха. В чем причина повышенной чувствительности этих организмов к составу атмосферы? У лишайников отсутствует непроницаемая кутикула, и газообмен происходит свободно - через всю поверхность.

Также всей поверхностью лишайники впитывают дождевую воду, где концентрируется много токсических газов. Эти организмы сохраняют способность к росту при температурах чуть ниже 0 градусов. Наиболее опасны для лишайников оксиды азота, угарный газ, соединения фтора. Также опасны и соединения серы, особенно сернистый газ, который уже в концентрации 0,08 - 0,1 мг/м угнетает большинство лишайников. Сернистый газ выделяется в атмосферу в результате переработки и сжигании органических веществ (кокс, бурый уголь, нефть и нефтепродукты, древесина). Его выбрасываю ТЭЦ, предприятия черной и цветной металлургии, нефтеперегонные заводы, заводы деревообрабатывающей промышленности, аммиачные производства. Загрязнители нарушают пигментную систему фотосинтеза, окисляя хлорофилл. При повышении уровня загрязненности первыми исчезают кустистые формы лишайников, затем листовые и, наконец более устойчивые - накипные.

Степень загрязненности воздуха можно определить по следующим показателям:

- Лишайниковая пустыня - полное отсутствие лишайников.

- Зона соревнования - лишайниковая зона бедна.

- Нормальная зона - встречаются разные виды лишайников.

3. Практическая часть

3.1. Ход работы

1. Я выбрал районы, в которых будут проводиться исследования.

2. Разбил выбранную территорию на квадраты.

3. В каждом квадрате выбрал по 10 отдельно стоящих старых, но здоровых, растущих вертикально деревьев.

4. На каждом дереве я подсчитал количество видов лишайников. Для наиболее лучшего подсчета использовал лупу. Лишайники подсчитали на стволах и ветвях деревьев на доступной (до 2м) высоте.

При анализе образцов использовал следующие показатели:

- присутствие - отсутствие видов,

- комбинированный показатель встречаемости - обилия,

- размеры лишайников,

- морфологически выраженные деформации слоевищ.

5. Я провел оценку степени покрытия древесного ствола. Также исследовал нарастания лишайников на старых крышах домов, заборов, стенах домов.

Таким образом, при повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними - листоватые и последними - накипные.

Как известно, все виды лишайников разделяют на 4 основные экологические группы - в зависимости от типа предпочитаемого ими субстрата:

- эпифитные - растущие на коре деревьев и кустарников

- эпиксильные - растущие на обнаженной древесине (стволах без коры, деревянных строениях и т.д.)

- эпигейные - растущие на почве

- эпилитные - растущие на камнях.

Начиная свою работу, я первым делом изучил видовой состав лишайников, произрастающих в нашей местности. Я выяснил, что преобладающими лишайниками являются представители рода Пармелия, Гипогимния, Бородач, Ксантория (рис. 1).

При исследовании я использовал так же глазомерную оценку проективного покрытия, т.е. покрытие каждого вида на стволе дерева может быть представлено в качестве визуальной оценки.

Для определения проективного покрытия использовал балльную шкалу, объединяющую покрытие и обилие.

1 - индивидуумов много, степень покрытия мала или особи разрежены, но площадь покрытия большая.

2 - индивидуумов много, степень покрытия не менее 10%, но не более 25%.

3 - любое количество индивидуумов, степень покрытия 25-50%.

4 - любое количество индивидуумов, степень покрытия 50-75%.

5 - любое количество индивидуумов, степень покрытия более 75%.

Данный метод используется при широкомасштабных биоиндикационных исследованиях.

3.2. Результаты исследования

Я исследовал 3 участка в поселке Касьяновка.

Участок №1 расположен в районе автомобильной дороги по улице Молодежной. Вдоль дороги по обе стороны растет тополь обыкновенный (рис. 4,5).

Участок №2 находится в березовой роще, где основу древостоя представляет береза (рис. 2,3).

Участок №3 находится по трассе улицы Ярославского. Здесь преобладают такие деревья как тополь, береза (рис. 6).

На каждом участке я исследовал по 10 деревьев, примерно 70-80 лет. При осмотре дерева была использована см, на высоте 0.8 м от земли.

Таблица 1.Участок №1. улицы Молодежная

На первом участке около дороги степень покрытия древесного ствола лишайниками составила:60,1 %. Данная цифра соответствует норме (слабое загрязнение).

Таблица 2. Участок №2. Березовая роща

На втором участке, в березовой роще, степень покрытия древесного ствола лишайниками составила: 83,7 %. Данная цифра свидетельствует о лучшем состоянии атмосферы.

Таблица 3. Участок № 3 улицы Ярославского

На третьем участке степень покрытия древесного ствола лишайниками составила: 40 %. Данная цифра свидетельствует о загрязнении атмосферы в данном районе выхлопными газами автотранспорта. Особенно в последнее время здесь движение усилилось за счет крупных машин, перевозящих уголь на ст. Касьяновка.

 Сравнительный анализ результатов исследования позволяет сделать следующие выводы:

- чем больше антропогенная нагрузка на территорию, тем меньше число видов, частота встречаемости, проективное покрытие и показатель относительной чистоты атмосферы;
 - приближение территории к автомобильным дорогам приводит к исчезновению листоватых лишайников и уменьшению значений всех показателей;
- присутствие на участке №2 таких лишайников как пармелия свидетельствует, что концентрация сернистого газа в воздухе менее 0.05 мг/м.

Выводы

1. Изучение литературы доказало, что лишайники являются организмами, которые можно использовать в качестве индикаторов загрязнения воздуха.

2. Теоретические выводы дали нам возможность предположить, то ограничивающим фактором жизнедеятельности лишайников является загрязнение атмосферы.

Для подтверждения гипотезы и уточнения полученных выводов я провел практическое исследование, в результате которого пришел к следующим выводам:

Во время исследования выяснил, что лишайники не растут на коре молодых деревьев и кустарников. Лишайники чаще всего встречаются на коре деревьев и кустарников: тополя, березы, черемухи.

Уровень загрязнения воздуха участка №1 соответствует норме – слабое загрязнение, а участка №2 соответствует норме - загрязнений нет. Участок № 3 наиболее загрязнен

Лишайники представлены представителями рода Пармелия, Гипогимния, Бородач, Ксантория. Небольшое видовое разнообразие также свидетельствует о загрязнении окружающей среды. Хотя степень покрытия очень высокая.

Экологическая ситуация в поселке ухудшается. Источниками загрязнения нашего района являются выхлопные газы автомобилей.

Таким образом, разные стадии загрязнения атмосферного воздуха могут быть оценены по видовому составу лишайников, изменению проективного покрытия видов, по морфологическому состоянию лишайников.

Заключение

Мы провели исследование и можем сделать вывод, что нам людям 21 века, к сожалению очень мало известно о живых организмах, которые являются уникальными во всех отношениях. Экологическая проблема с каждым годом обостряется. По исследованиям видно, процент степени покрытия древесного ствола лишайниками низкий около дороги. Это свидетельствует об ухудшении экологической ситуации возле дороги. С каждым годом увеличивается количество автомобилей.

Реализация задач направленных на достижение поставленной цели позволила: выявить видовой состав эпифитной лихенофлорытерритории поселка; исследовать влияние атмосферных загрязнителей на эпифитные лишайники. Результаты исследований дали возможность сделать выводы о состоянии воздуха данной территории и продолжить экологический мониторинг территории с целью контроля ситуации.Растения нас оберегают от разных ядовитых газов. Поэтому мы должны озеленять окружающую нас территорию. Активное участие принимать в акциях по благоустройству и озеленению территорий.

Литература

1. Большая энциклопедия природы. Жизнь растений 5. Водоросли. Лишайники. Мхи. - М.:Мир книги 2002.

2. В.В. Пасечник «Биология 6 класс» - М.: Дрофа, 2012

3. Пчелкин А.В. Сравнение различных методов учета лишайников - эпифитов. - М., 1983

4. Трайтак Д.И. Книга для чтения по ботанике. - М.: Просвещение, 1985

5. Шапира И.А. Лишайники: удивительные организмы м индикаторы состояния окружающей среды. - Санкт - Петербург: КРИСМАС+, 2003

Приложение 1

Коллекция лишайников

Рис. 4,5 Образцы лишайников в природе

Рис. 6. Образец лишайника