II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

«РАСТЕНИЯ-СФИНКСЫ» ГОРОДА САМАРЫ И САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Абдеряхимова А.А. 1

---

1

Нуруллина С.М. 1

---

1

Работа в формате PDF

3.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

 Введение

Самарская область богата лесом, ресурсами грибов, ягод и лекарственных трав. Леса представляют собой огромное разнообразие растительных сообществ. И одна из неотъемлемых частиц растительного сообщества – это лишайники. Отдел Лишайники относится к царству Грибов, их называют «растениями-сфинксами» (К.А. Тимирязев) или «пионерами растительности». И действительно, лишайники первыми поселяются на голых, бесплодных скалах, где не могут существовать никакие высшие растения, они прекрасно развиваются на коре деревьев, заборах, камнях, скудной почве, в знойной пустыне и в суровых условиях Арктики и Антарктики. В Антарктиде, где найдено только 2 вида высших растений, их обитает 350 видов. Лишайники обнаружены даже на 860 ю.ш., т.е. почти у самого Южного полюса! Это возможно благодаря тому, что они способны долгое время пребывать в обезвоженном состоянии, когда их влажность составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь приостанавливают все жизненные процессы, до первого увлажнения.

Актуальность темы: В свете достижений мировой экологической науки становится очевидной необходимость комплексного изучения всех компонентов экосистемы, однако многие компоненты городских экосистем все еще остаются недостаточно

2

изученными. Изучение лишайников особенно актуально, поскольку лишайники являются наиболее чувствительными компонентами экосистем: даже умеренное атмосферное загрязнение негативно воздействует на них, приводя к сокращению видового разнообразия и проективного покрытия, вплоть до полного исчезновения многих видов. Большая часть лишайников в городе Самара и Самарской области не изучена. Именно поэтому мы решили заняться изучением видового разнообразия лишайников для того, чтобы выяснить, насколько разнообразна лихенофлора нашего города и области.

Цель исследования: изучить разнообразие и особенности лихенофлоры города Самары и Самарской области.

Задачи исследования:

-изучить литературу по данной теме;

-рассмотреть особенности строения и видового разнообразия лишайников;

- выяснить роль лишайников в природе и в жизни человека;

- исследовать строение лишайников в лабораторных условиях;

- провести полевые исследования и сборы;

-собрать Атлас лишайников Самарской области.

Объектом исследования является видовое разнообразие лишайников города Самары и Самарской области.

3

Раздел 1. Особенности и основные характеристики лишайников.

В настоящее время классификация живой природы подразумевает наличие пяти царств – растения, животные, грибы, бактерии, простейшие. Лишайники, с систематической точки зрения, классифицируются как грибы, так как ведущая роль в образовании симбиоза принадлежит грибу.(2)

Русское название лишайники получили за визуальное сходство с проявлениями некоторых кожных заболеваний, получивших общее название «лишаи». Латинское название происходит от др.-греч. λειχήν (лат. lichen) и переводится как «лишай», что связано с характерной формой плодовых тел некоторых представителей.

Тайну этих "растений-сфинксов", как назвал их замечательный русский ботаник К.А.Тимирязев, ученые долго не могли разгадать. Долгое время лишайники относили то к водорослям, то к -грибам, то к мхам, то обособляли в отдельную таксономическую группу - Lichenes.

Началом лихенологии (науки о лишайниках) принято считать 1803 год, когда ученик Карла Линнея Эрик Ахариус опубликовал свой труд «Methodus, qua omnes detectos lichenes ad genera redigere tentavit» («Методы, с помощью которых каждый сможет

4

определять лишайники»). Он выделил их в самостоятельную группу и создал систему, основанную на строении плодовых тел, в которую вошли 906 описанных на то время видов. Первым на симбиотическую природу в 1866 году на примере одного из видов указал врач и миколог Антон де Бари. В 1867 году ботаник Симон Швенденер распространил эти представления на все виды. В том же году русские ботаники Андрей Сергеевич Фаминцын и Осип Васильевич Баранецкий обнаружили, что зелёные клетки в лишайнике — одноклеточные водоросли. Эти открытия были восприняты современниками как «удивительнейшие». (11)

Сегодня лихенология является самостоятельной дисциплиной, смежной с микологией и ботаникой. В настоящее время в мире известно около 15000 видов лишайников, однако многие районы земного шара обследованы еще слабо и каждый год описываются все новые и новые виды лишайников. Предполагают, что лишайники являются одними из древнейших растений планеты и наиболее примитивные из них появились еще в докембрийские времена, когда водоросли и грибы только начали осваивать сушу. В силу того, что лишайники обладают медленным ростом, они не могут вступать в конкуренцию с быстрорастущими высшими растениями. Поэтому, благодаря своей симбиотической структуре, они приспособились к жизни в самых неблагоприятных условиях.

5

Заходят на юг и север дальше любых других растений. В горах их находили на высотах, превышающих 5600 м.

В Самарской области насчитывают более 350 видов, семь из которых внесены в Красную книгу Самарской области:

Кладония лесная, Кладония оленья, Лобария легочная. Центрария исландская,Псора обманчивая, Ксантория элегантная, Дерматокарпонматово-красный.(9) и один из них – в Красную книгу РФ -Лобария легочная (8).

Внешнее строение. Лишайники бывают самого разного цвета: от белого до ярко-жёлтого, коричневого, сиреневого, оранжевого, розового, зелёного, синего, серого, чёрного.

По внешнему виду различают лишайники:

• Накипные, или корковые. Таллом таких лишайников представляет собой корочку («накипь»), его нижняя поверхность плотно срастается с субстратом и не отделяется без значительных повреждений. Накипные лишайники могут жить на крутых склонах гор, деревьях и даже на бетонных стенах.

• Листоватые. Листоватые лишайники имеют вид пластин разной формы и размера.

• Кустистые. У наиболее сложных с точки зрения морфологии кустистых лишайников таллом образует

6

множество округлых или плоских веточек. Такие лишайники могут расти как на земле, так и свисать с деревьев, древесных остатков, скал.(5)

Внутреннее строение. Тело лишайников (таллом) представляет собой переплетение грибных гиф, между которыми находится популяция фотобионта. По внутреннему строению лишайники разделяют на:

• гомеомерные(Collema), клетки фотобионта распределены хаотично среди гиф гриба по всей толщине таллома;

• гетеромерные(Peltigera canina), таллом на поперечном срезе можно чётко разделить на слои.

Лишайники являются одними из самых долгоживущих организмов и могут достигать возраста нескольких сотен лет, а в некоторых случаях — более 4500 лет, как например ризокарпон географический (Rhizocarpon geographicum), живущий в Гренландии (4).

Лишайники размножаются вегетативным, бесполым и половым путём.

В связи с очень медленным ростом лишайники могут выжить только в местах, не заросших другими растениями, где есть свободные площади для фотосинтеза. На влажных участках они

7

зачастую проигрывают мхам. Кроме того, лишайники проявляют повышенную чувствительность к химическому загрязнению и могут служить его индикаторами. Устойчивости к неблагоприятным условиям способствует невысокая скорость роста, наличие различных способов извлечения и накопления влаги, развитые механизмы защиты. Лишайники, как правило, предъявляют скромные требования к потреблению минеральных веществ, получая их, большей частью, из пыли в воздухе или с дождевой водой, в связи с этим они могут жить на открытых незащищённых поверхностях (камни, кора деревьев, бетон и даже ржавеющий металл). Преимуществом лишайников является терпимость к экстремальным условиям (засухе, высоким и низким температурам (от −47 до +80 градусов по Цельсию, около 200 видов обитают в Антарктике), кислой и щелочной среде, ультрафиолетовому излучению). В мае 2005 года проводились эксперименты на лишайниках Rhizocarpon geographicum и Xanthoria elegans, показавшие, что эти виды по крайней мере в течение примерно двух недель смогли продержаться вне земной атмосферы, то есть в крайне неблагоприятных условиях.(2)

8

Раздел 2. Значение лишайников в природе и в жизни человека.

Роль в почвообразовании. Лишайники выделяют кислоты, способствующие растворению субстрата, и тем самым участвуют в процессах выветривания. Вносят существенный вклад в процессы почвообразования. Лишайники — одни из «пионеров» биоценозов — являются, как правило, первыми организмами, заселяющими субстрат в процессе первичной сукцессии. На скалах и утёсах лишайники являются важными первоначальными организмами. Они крепятся к поверхности горной породы или даже проникают внутрь. При этом сильно меняют внешний вид горных пород, особенно их цвет, и образуют вокруг себя углубления

Роль для животных. Особенно важна роль лишайников в жизни животных в условиях Крайнего Севера, где растительность редка, в зимние месяцы они составляют около 90 % от рациона оленей. Особенно важен для оленей ягель (олений мох) (Cladonia), который они при помощи копыт достают даже из-под снежного покрова. Лоси также используют этот источник питания. Для многих личинок бабочек, таких как представители рода Eilema, лишайник служит основным продуктом питания, их гусеницы кормятся исключительно на них. Кроме того, лишайник поедается

9

беспозвоночными, такими как улитки, насекомые и клещи. Лишайниковая растительность используется многими животными как место обитания и укрытие от хищников. В больших количествах на них живут клещи и насекомые, одним из важных мест обитания они служат для тихоходок. Гусеницы различных ночных бабочек имеют окраску под цвет лишайника, другие подражают также и его очертаниям. Многие птицы используют лишайники, особенно листоватые и кустистые формы, для гнездования, как например, бурокрылая ржанка (Pluvialis dominica), вьющая гнёзда на представителях родов Cladonia и Cetraria.

Лишайник – как лекарственный препарат. С давних пор используются лишайники и как лечебное средство, на это указывал ещё Теофраст. Известно, что Lobaria pulmonaria использовалась в Средневековье против лёгочных болезней. Лишайники находят применение в народной медицине, они содержат также широкий спектр ингредиентов, представляющих интерес для фармацевтики. Например, цетрария исландская (Cetraria islandica) добавляется в средства от кашля, в уснее (Usnea) был обнаружен антибиотик усниновая кислота, применяемый для лечения кожных и других болезней. Полисахариды (саркома-180) интересны для онкологов.

10

Лихеноиндикация. Лишайники являются организмами-индикаторами (биоиндикаторы) для определения условий окружающей среды, в частности, качества воздуха (лихеноиндикация). Высокая чувствительность лишайников к загрязнениям вызвана тем, что взаимодействие его компонентов легко нарушить. Из воздуха или с дождём поступают без всяких препятствий в лишайник вместе с питательными и токсичные вещества, это происходит потому, что лишайники не имеют никаких специальных органов для извлечения влаги из субстрата, а поглощают её всем талломом. Поэтому они особенно уязвимы к загрязнению воздуха. Лишайники служат также показателями наличия в воздухе токсичных тяжёлых металлов, накапливающихся в тканях, которые в итоге могут привести к гибели лишайника. Накапливают лишайники и радиоактивные вещества. Поэтому они могут быть использованы для контроля за радиоактивными осадками после атмосферных ядерных испытаний (1).

Лишайник - как краситель. Долгое время из лишайников литорального рода Roccella и вида Pertusaria corallina получали ценный пурпурный краситель. Карл Линней упоминал в своём «Plantae tinctoriae» («Растения красящие») шесть лишайников-красителей. Краситель и химический индикатор лакмус также получают экстракцией из Roccella. Evernia и Parmelia

11

применяются в Шотландии и Скандинавии для окрашивания шерсти и ткани, с их помощью могут быть достигнуты особенно приятные жёлтые и коричневые тона. Также интересно применение лишайника Xanthoparmelia camtschadalis (неверный, но часто используемый синоним — Parmelia vagans)жителями Нижнего Поволжья для окрашивания пасхальных яиц.

Использование в парфюмерной промышленности. Из широко распространенного лишайника эверния сливовая («дубовый мох») извлечено вещество резиноид, обладающее ароматическими свойствами и являющееся хорошим закрепителем аромата. Этот препарат заменяет соответствующее импортное сырье для парфюмерной промышленности. К духам, в состав которых входит резиноид, относятся «Шипр», «Кристалл», «Кремль», «Кармен», «Маска», «Свежее сено» и др. Этот же лишайник и реже другой вид — эверния шелушащаяся — применялись в странах Северной Африки для ароматизации хлеба.

12

Раздел 3. Исследовательская часть.

Для полноты работы провели ряд исследовательских работ.

Цель исследования: анализ видового состава лишайников в городе Самара и Самарской области.

Методы работы: биоиндикационный анализ, метод наблюдения, сравнительный анализ.

3.1.Лабораторное исследование строения лишайников.

Цель исследования: выяснить внутреннее строение лишайника.

Материалы и оборудование: микроскоп, микролаборатории, слоевища лишайников.

ХОД РАБОТЫ

1.Сделали поперечный срез слоевища лишайника, на предметное стекло нанесли каплю воды, иглой поместили туда срез. Накрыли покровным стеклом и рассмотрели изготовленный микропрепарат под микроскопом. Нашли гифы гриба и клетки водоросли.

13

2. Определили тип слоевища - гетеромерный .(Приложение№1)

3. Выяснили, какие отношения между грибом и водорослью в лишайнике?

Заранее был заложен опыт (в стакан с водой поместили лишайники (пармелию бороздчатую, ксанторию настенную). Оставили на 10 дней. Взяли чистое предметное стекло. Набрали в пипетку жидкость из стакана с зеленым налетом, капнули одну каплю на предметное стекло. Накрыли покровным стеклышком и рассмотрите под микроскопом. Мы увидели – водоросли. Иглой из экспериментального стакана достали немного полупразрачных нитей. На чистое предметное стекло капнули каплю воды и поместили их туда. Накрыли покровным стеклышком и рассмотрели микропрепарат под микроскопом. Мы увидели гифы гриба. Вывод: рассмотрев прозрачные нити и округлые зеленые

14

клетки, мы выяснили, что бесцветные нити являются грибницей гриба, а зеленые клетки не что иное, как одноклеточные водоросли. Таким образом, один организм лишайника объединяет два разных организма – водоросль и гриб, которые настолько тесно взаимодействуют, что формируют цельный организм. (Приложение №2)

3.2 Исследование лишайников, как индикаторов чистоты воздуха, в парках города Самары - им.50 лет Октября, им. Ю.Гагарина и на участке леса, расположенном на расстоянии 180 км. от города Самары.

Растения, проявляющие специфические реакции на присутствие в воздушной среде примесей, могут быть использованы в качестве биологических индикаторов загрязнения воздуха. Многообразие и средовая обусловленность жизненных функций растений позволяет рассматривать их как основной объект биологического мониторинга среды. На изменение концентраций различных примесей в атмосфере чутко реагируют лишайники. При повышении степени загрязнения воздуха первыми исчезают из городов кустистые лишайники, затем листоватые и, наконец, накипные (корковые) лишайники. Для исследования я использовала данные о частоте встречаемости лишайников (таблица) и мхов и степени покрытия ими стволов.

15

Определение класса загрязнения по лишайникам (Таблица)

Мною были исследованы:

1. Парк им. Ю.Гагарина, ул. Советской Армии. г.Самары.

На территории парка насчитывается более 350 деревьев, возраст которых подходит для исследования (более 20 лет).

Нами был исследован участок, где растут более 200 деревьев.

16

Виды лишайников, обитающих на территории парка.

Исследовав лишайники, обитающие на этих деревьях, можно сделать следующие вычисления:

Таблица оценки лишайникового покроя

(Приложение № 3)

1. Парк им.50 лет Октября (ранее Парк Металлургов),

расположенный по адресу- г.Самара, Ташкентский пер..

На территории парка насчитывается более 200 деревьев, возраст которых подходит для исследования (более 20 лет). Исследовано 130 деревьев.

Виды лишайников, обитающих на территории парка.

18

Исследовав лишайники, обитающие на этих деревьях, можно сделать следующие вычисления:

Таблица оценки лишайникового покроя

(Приложение № 4)

3)Участок леса, расположенный в 180 км от города Самары (недалеко от деревни Новое Мансуркино Похвистневского района Самарской области).

На участке насчитывается более 150 деревьев, возраст которых подходит для исследования (более 20 лет). Исследовано 100 деревьев.(Приложение № 5)

19

Виды лишайников, обитающих на территории участка.

20

Исследовав лишайники, обитающие на этих деревьях, можно сделать следующие вычисления:

Таблица оценки лишайникового покроя

Зная баллы средней встречаемости и покрытия Н, Л, К, легко рассчитать показатель относительной чистоты атмосферы (ОЧА) по формуле:

ОЧА = (Н + 2 х Л +3 х К)/ 30

Чем выше показатель ОЧА (ближе к единице), тем чище воздух местообитания. Имеется прямая связь между ОЧА и средней концентрацией диоксида серы в атмосфере. (7)

21

Сравнительный анализ наличия определённых видов лишайников:

22

3.3.Атлас лишайников Самарской области.

В ходе исследования мы собрали коллекцию лишайников Самарской области.

23

3.4.Социальный опрос водителей

Какой вред лишайникам наносит автотранспорт?

Автомобиль стал бы гораздо безвреднее для окружающей его среды, если бы в его двигателе углеводородное топливо превращалось исключительно в углекислый газ и водяные пары. Но… Температура горения топлива бывает или слишком высокой, или очень низкой, что приводит к его неполному сгоранию. Кроме того, не следует забывать о качестве самого горючего и примесях, содержащихся в нем. Все это, как известно, приводит к возникновению токсичных веществ: оксида углерода, оксидов азота и серы, несгоревших углеводородов и прочих газов, а также твердых частиц сажи и соединений свинца.

Я провела социальный опрос водителей на тему: «Влияние автотранспорта на состояние лихенофлоры нашего города»

В ходе опроса были заданы следующие вопросы:

Вопрос 1. Знаете ли Вы, что загрязнение воздуха наносит вред лишайникам, приводя к сокращению их видов или к полному исчезновению некоторых видов?

Вопрос 2. Известно ли Вам что, автомобиль один из основных источников загрязнения воздуха в городе?

24

В ходе социального опроса выяснилось, что многие водители не задумываются, что автомобиль загрязняет воздух, это для них необходимое средство передвижения, многие постоянно куда-то торопятся и превышают скорость. Некоторые согласны с тем, что надо проводить «Дни без личного транспорта», чтобы уменьшить загрязнение воздуха. (Приложение № 6)

25

Заключение.

Цели и задачи нашего исследования достигнуты, мы:

-изучили литературу по данной теме;

-рассмотрели особенности строения и видового разнообразия лишайников;

- выяснили роль лишайников в природе и в жизни человека;

- исследовали лишайники в лабораторных условиях;

- провели полевые исследования и сборы;

- собрали Атлас лишайников Самарской области.

В ходе исследования, мы выяснили, что лихенофлора г.Самары и Самарской области в целом довольно разнообразна, но исследования в разных районах г.Самары показывают прямую зависимость между загрязнением атмосферы и сокращением численности определенных видов лишайников.

Исчезновение из нашего города некоторых видов лишайников - это сигнал бедствия, который мы должны услышать и принять меры к сохранению чистоты нашего воздуха.

26

Использованная литература

1. Бухвалов В. А., Богданова Л.В., Купер Л.З.. Институт развития образования, Рига, 1993. «Методы экологических исследований». Практическое пособие для учащихся.

2. Ботаника - Учебник для 5-6 классов - Корчагина В.А. - 1985.

3. Быков В.Н. Экологический аспект урбанизации//Экология города. – Пермь: из-во Пермского ун-та, 2007. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге.- М.: Научный мир, 2002..

4. Глушкова В. Г. Эколого-экономические проблемы России и ее регионов: учеб. пос. для студ. экон. вузов. / под общ. ред. проф., д-ра геогр. наук В. Г. Глушковой – М.: Московский лицей, 2003г.

5. Голубкова Н.С. Жизненные формы лишайников и лихеносинузий / Н.С. Голубкова, Л.Г. Бязров // Т.74, № 6 Бот. журн. – 2002.

6. Голубкова Н.С. Определитель лишайников средней полосы Европейской России. – М.:Наука, 2000.

7. Инсарова И. Д. Сравнительные оценки чувствительности эпифитных лишайников различных видов к загрязнению воздуха / И. Д. Инсарова, Г. Э. Инсаров // Проблемы

27

экологического мониторинга и моделирования экосистем. – Л., 1989. – Т. 12.

1. Кочубей В. А., Иванова Н. В. Охрана окружающей среды на ОАО «Акрон» // Экология и промышленность России. – 2007. – № 8.

2. Красная книга Российской Федерации (растения и грибы) / Гл. Редколл.: Ю.П. Трутнев и др.; Сост. Р.В Камелин и др. – М.: Товарищество научных изданий КМК, 2008.

3. Красная книга Самарской области. Т. 1. Редкие виды растений, лишайников и грибов / Под ред. чл.-корр. РАН Г.С. Розенберга и проф. С.В. Саксонова. — Тольятти: ИЭВБ РАН, 2007.

4. Определитель лишайников России. – СПб., 1996–1998г. Определитель низших растений. Т. 5 : Лишайники, Бактерии и Актиномицеты. – М., 1996г.

5. Пчелкин А.В., Боголюбов А. С. Изд-во «Научный Мир», 2002.

6. Я познаю мир. Медицина // Энциклопедия для детей. - Москва: ООО «Издательство АСТ ЛТД ». - 2009г.

1

Приложение №1

Лабораторное исследование строения лишайников.

2

Приложение № 2 Исследование симбиоза гриба и водоросли.

3

Приложение № 3

Лишайники- как индикаторы чистоты воздуха в парке им.50л Октября г.Самары.

4

5

Приложение № 4

Лишайники- как индикаторы чистоты воздуха в парке им.Ю.Гагарина г.Самары.

6

7

Приложение № 5

Лишайники- как индикаторы чистоты воздуха на участке леса, расположенном на расстоянии 180км. от города Самара.

8

9

Приложение № 6

Социальный опрос водителей