Изучение лишайников и их роли в природе

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Изучение лишайников и их роли в природе

Красотин А.Е. 1Сурков М.Ю. 1
1МБОУ СОШ №9
Букина И.А. 1
1МБОУ СОШ №9
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

С 7 по 12 октября 2023 года туристическая группа из школы №9 побывала в образовательном путешествии в горах Дагестана. Наше внимание привлекли яркие, разноцветные, необычной формы образования на камнях. Учитель биологии объяснила, что такие наросты-особый вид живых организмов, которые называются лишайники. Они не являются обычными растениями. Нам стало интересно, что это за организмы и зачем они возникли на нашей планете. Вернувшись в свой родной город, 15 октября организовали научный поход в лес, в район парка г.Ступино Московской области для поиска лишайников в нашем регионе. Обнаруженные лишайники были сравнены с теми, что были увидены в горах Кавказа.

Проект посвящён изучению строения, особенностей роста и функций в природе лишайников.

Цель проекта: изучение лишайников, их роли в природе, сравнение видов лишайников в разных регионах России и исследование возможности их выращивания в лаборатории.

Задачи проекта:

  1. Изучить строение лишайников, особенности их роста, питания, размножения.

  2. Изучить функции лишайников на нашей планете и их роль в природе.

  3. Сравнить виды лишайников в Дагестане и в Подмосковье.

  4. Поставить эксперимент по выращиванию лишайников в лаборатории.

Гипотеза: лишайники могут размножаться в домашних условиях

2. Глава 1. Обзор литературы

2.1. История открытия

Первые известные описания лишайников появляются у Теофраста в 3 веке до н.э. Он предполагал, что они представляют собой наросты деревьев или водоросли. Французский врач и ботаник Жозеф Питтон де Турнефор выделил лишайники в отдельную группу в составе мхов. Карл Линней описал 80 видов и включил в состав «наземных водорослей». Началом лиихенологии -науки о лишайниках-принято считать 1803 год. Эрик Ахариус выделил их в самостоятельную группу, в которую вошли 906 описанных на то время видов.

В 1866 году русские ботаники Андрей Фаминцын и Осип Баранецкий обнаружили, что зелёные клетки в лишайнике - одноклеточные водоросли. И было установлено, что лишайники-симбиоты. Сегодня лихенология является самостоятельной дисциплиной [4].

2.2. Строение лишайников

Лишайники представляют своеобразную группу комплексных организмов, тело которых всегда состоит из двух компонентов - гриба и водоросли. Гетеротрофный компонент такого сожительства - гриб - обеспечивает водоросль водой и минеральными солями. Взамен гриб получает от автотрофного компонента - водоросли и/или цианобактерии -созданные в процессе фотосинтеза органические вещества. Приложение1.

Признаки лишайников:

  1. Симбиотическое сожительство двух разных организмов - гриба и водоросли.

  2. Лишайники образуют особые жизненные формы, не встречающиеся отдельно у грибов и водорослей.

  3. Для лишайников в целом и каждого из их отдельного компонентов, в отдельности характерен особый тип метаболизма (обмена веществ) - гриб получает от водоросли органические вещества, которые она создает в процессе фотосинтеза, гриб даёт водоросли воду, которую берёт из воздуха.

  4. Отличный от других групп организмов способ размножения, медленный рост, отношение к экологическим условиям.

Вегетативное тело (талл или слоевище) целиком состоит из переплетения грибных гиф. Тело целиком живет в воздушной среде. Лишайники даже иногда называют воздушными грибами. Гифы, образующие слоевище лишайника, представляют собой простые или разветвленные тонике (шириной 3-10 мкм) нити, растущие вершиной. Обычно гифы поделены поперечными перегородками на клетки.

Слоевище лишайников очень разнообразно по окраске, размерам, форме и строению. Окраска зависит от наличия пигментов. У лишайников различают 5 групп пигментов: зеленые, синие, фиолетовые, красные, коричневые [2].

2.3. Виды лишайников

По форме таллома лишайники делят на три группы.

  1. Накипные: слоевище в виде корки или налёта, прикрепляющееся к субстрату всей своей поверхностью.

  2. Листоватые: слоевище в виде пластинок, прикрепляющееся к субстрату в одной или нескольких отдельных точках с помощью коротких выростов.

  3. Кустистые: прямостоячее или свисающее слоевище, прикрепляющееся к субстрату в одной точке и, как правило, ветвящееся [3]. Приложение 2

Особенность роста лишайников:

Лишайники поселяются в самых бесплодных местах, где другие организмы не выживают. Они способны жить в самых разных условиях и поселяются на отвесных скалах, стенах, даже на стёклах. В основном лишайники растут на деревьях и камнях. Но мы обнаружили лишайники даже на металлической поверхности на даче в Ступинском районе. В чрезвычайно суровых условиях растут лишайники в Антарктиде и в Арктике [1]. Лишайники-многолетние растения. Обычно, возраст взрослых слоевищ, которые можно увидеть в лесу на стволе деревьев или на почве, составляет не менее 20-50 лет. В год слоевище может давать прирост 0,2-0,3 мм.

Кустистые и листоватые лишайники растут несколько быстрее - в год их слоевище может увеличиться на 2-3 мм [1]. Ростовая зона лишайников у накипных форм находится по краю лишайника, у листоватых и кустистых на каждой верхушке [6].

2.4. Способы питания, виды размножения лишайников

Водоросль в процессе фотосинтеза создаёт органические вещества. Для нормальной фотосинтетической активности слоевище лишайника должно содержать определенное количество воды. Лишайники способны впитывать воду в очень больших количествах. Отдача воды слоевищем также происходит довольно быстро. Важным компонентом в питании лишайников является азот [6].

Способы размножения лишайников:

Существуют два основных способа размножения лишайников – половой и бесполый. При половом у лишайника образуются споры, которые созревают в перитециях – плодовых телах. Вначале они прорастают и встречают водоросль, с которой образуют симбиоз, а затем образуется новое слоевище. Бесполое размножение происходит при обламывании кусочка веточки лишайника. Путем регенерации образуется слоевище и растение продолжает расти как новое. У некоторых лишайников могут образовываться соредии и легко разноситься ветром, давая начало новому растению [1].Соре́дии (от др.-греч. куча) — органы вегетативного размножения у некоторых лишайников. По форме напоминают мелкие пылевидные комочки. Приложение 3.

2.5. Основные функции лишайников

Лишайники обладают уникальными свойствами и играют важную роль в экосистемах. Лишайники помогают окружающей среде, восстанавливая жизнь на скалах и ненарушенных участках. Размножаясь, они задерживают пыль, которая играет роль в формировании почвы. Способствуют процессу почвообразования, разрушая камни и скалы своим ростом и медленным выделением кислотных веществ. Это помогает в образовании почвы и создании условий для роста других растений. В пустынных районах лишайники способствуют закреплению песков, а в лесах и тундре предохраняют верхний плодородный слой почвы от разрушения. . Лишайники участвуют в круговороте азота, преобразуя азот воздуха в нитраты, которые способствуют их росту и развитию. Их способность фиксировать атмосферный азот полезна и для других растений. Дождь вымывает азот, как из живых, так и из мертвых лишайников и делает его доступным для растений в непосредственной близости. Когда лишайники отмирают, они вносят свой вклад в разложение органических веществ, что позволяет мхам и семенам начать развитие в карманах новой почвы. Лишайники во многих культурах использовались в пищу как лекарство и краситель. Животные (олени, лоси, и разные виды грызунов) питаются ими. Отмершие клетки и остатки лишайников могут служить пищей для различных микроорганизмов и детритофагов - бактерий и грибов. Около 50 видов птиц регулярно используют кустистые лишайники в качестве гнездового материала [5].

Роль лишайников в природе и жизни человека

  1. Образование почв. Лишайники появляются в природе с миссией подготовки почвы для растений. Лишайники первыми поселяются в бесплодных, лишённых жизни местах, например, на обломках горных пород, и, отмирая, образовывают первичную почву в первичных экосистемах

  2. Ландшафтообразующий вид. В тундре лишайники (бытовые названия: ягель, олений «мох») являются основными производителями органического вещества (продуцентами), а в борах-беломошниках - основными почвопокровными формами Приложение 4.

  3. Кормовая база для животных. Лишайник ягель (Cladonia) и исландский мох (Cetraria islandica) - основная пища северных оленей, в том числе одомашненных и традиционно выпасаемых в тундре северными народами Приложение 5

  4. Конкуренты грибов. Поселяясь на деревьях, защищают их от заражения грибами, поскольку выделяют вещества, подавляющие рост мицелия грибов.

  5. Биоиндикация. Лишайники используются в экологическом мониторинге. Они очень чувствительны к чистоте атмосферы и выступают в роли индикаторов загрязнения воздуха. При загрязнении воздушной среды выхлопами машин, выбросами заводов и фабрик лишайники отмирают. От двуокиси серы в атмосфере гибнут почти все виды лишайников [8].

  6. Лихенометрия. Лишайники долго живут и растут с постоянной скоростью, и по ним можно определить возраст породы (отступление ледника или время постройки нового здания). Чаще всего для этой цели используются жёлтые лишайники рода Rhizocarpon.. Этот метод должен использоваться только тогда, когда нельзя прибегнуть к другим методам.

  7. Красители. Лишайники являются сырьём для получения красителей, например, химического кислотно-осно́вного индикатора лакмуса. Из лишайников литорального рода Roccella и вида Pertusaria corallina получали ценный пурпурный краситель. Краситель и химический индикатор лакмус также получают экстракцией из Roccella. Evernia и Parmelia применяются в Шотландии и Скандинавии для окрашивания шерсти и ткани, с их помощью могут быть достигнуты особенно приятные жёлтые и коричневые тона. Xanthoparmelia camtschadalis применяется жителями Нижнего Поволжья для окрашивания пасхальных яиц.

  8. Лекарственное средство. Лишайники (цетрария, уснея) находят применение в народной и официальной медицине. Лишайники обладают антимикробным действием. Выделенные из лишайников вещества применяют в фармакологии для лечения заболеваний кожи, легких, сердца, некоторые исследуются в области онкологии.

  9. Парфюмерия. Резиноид - продукт переработки дубового мха (Mousse de chene), применяют и как ароматизатор, и как фиксатор запаха.

  10. Пищевой продукт. Некоторые виды лишайников употребляются в пищу. В Исландии пекут хлеб с добавлением Cetraria islandica, а в Японии с удовольствием едят Umbilicaria esculenta [7].

3.Глава 2. Практическая часть. Методы исследования

В ходе работы над проектом были использованы следующие методы: описание, наблюдение, сравнение, эксперимент.

1.Во время нахождения в горах Кавказа в Дагестане мы фотографировали различные виды лишайников и по приезду в Ступино сфотографировали лишайники нашей местности. Мы сравнили полученные данные.

Приложение 6

Анализ фотографий показывает: лишайники в горах более разнообразны по цветовому спектру и по видам, чем лишайники Подмосковья.

Выводы из первой части эксперимента:

    • возможно это разнообразие связано с подготовкой каменной почвы к произрастанию других растений – основной миссией лишайников.

    • А также может говорить о более чистом воздухе в Дагестане, так как в горах мы не увидели ни одного завода или фабрики. Республика специализируется на туризме и сельскохозяйственном производстве в долинах между гор.

2.Нас заинтересовал вопрос, можно ли самостоятельно вырастить лишайники в условиях лаборатории.

Во время похода в лес 15.10.2023 в лесополосе в районе парка в г.Ступино Московской области мы наблюдали наличие лишайников на деревьях и взяли лишайник(пармелия) для эксперимента. Изучили в литературе, какими способами размножаются лишайники. Нас заинтересовало размножение спорами. Также из литературы было установлено, что среда, в которой произрастают растения может способствовать лучшему приживлению. В литературе описан эксперимент с выращиваем лишайника в водной и молочной средах. Мы решили поставить эксперимент в трёх средах: вода, молоко, специализированный раствор Корневин. У лишайников нет корней, но мы решили включить это вещество в наш эксперимент и проверить результат. Гипотеза: лишайники могут размножаться в домашних условиях.

Задача: выбрать среду, в которой прорастание произойдёт быстрее

Для проведения эксперимента с лишайниками нам потребовались следующие материалы и оборудование: - деревянные бруски (3 шт.), диаметром 10 см и толщиной 1 см - №1; №2; №3 - распылители ( 3 шт.) - №1; №2; №3 - жидкости: вода, молоко, корневин.

Ход эксперимента:

1)В специальных ступках измельчили лишайники, взятые в лесополосе в г.Ступино и разделили полученную массу на три равные порции; 2) в распылители засыпали по одной порции измельченных лишайников; 3) в каждый распылитель залили жидкость: в распылитель №1 - воду; в распылитель №2- молоко; в распылитель №3 – корневин и несколько раз встряхнули распылители для равномерного смешивания смеси; 4) смесь из распылителей нанесли на подготовленные деревянные бруски: брусок №1 – распылитель №1(смесь лишайника и воды) брусок №2 – распылитель №2(смесь лишайника и молока) брусок №3 – распылитель №3(смесь лишайника и корневина) 5) бруски разместили в одинаковых условиях: под тягой в кабинете химии (одинаковое освещение, температура и влажность воздуха).Влажность поддерживаем искусственно, смачивая бруски снизу водой.

6)По результатам наблюдения через 1 неделю выявили плесень на всех брусках, особенно активную на бруске №2.

Выводы из второй части эксперимента: Во влажной среде наблюдается первичный рост гриба, который в будущем, возможно, поддержит водоросль. Признаки более активного роста наблюдаются в молоке

Эксперимент будет продолжаться, так как лишайники отличаются очень медленным ростом – 0.2 – 0.3 мм в год. Планируем наблюдать за ходом эксперимента до мая 2024 года. Именно тогда мы сделаем окончательные выводы, возможно ли выращивание лишайника в лаборатории и в какой среде лучше это делать.

Приложение 7.

  1. Результаты и обсуждения

19 декабря 2023 года образцы лишайников были изучены под микроскопом Технопарка при Российском Химико-технологическом университете, увеличение в 1000 раз, под руководством директора Технопарка Мартюховой Дарьи.

Фотографии с микроскопа анализировала Королевская Лариса Борисовна, кандидат медицинских наук, научный сотрудник лаборатории экологической иммунологии Института экологии и генетики микроорганизмов Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Академии наук. По мнению Королевской Л. Б. по снимкам с микроскопа можно утверждать, что на брусках растёт именно лишайник.

Также на декабрь 2023 года можно уверенно утверждать, что самый активный рост наблюдается на бруске номер 2, в молочной среде. Практически не наблюдается рост на бруске номер 3, там, где была среда с Корневином. Что ещё раз косвенно доказывает, что лишайники не имеют корней, а на споры Корневин не действует.

Приложение 8.

  1. Заключение

В завершении проекта можно сделать следующие выводы:

1. Лишайники — это особый вид жизни на Земле, симбиотические ассоциации гриба, одноклеточных водорослей или цианобактерий.

2. Лишайники играют важную роль в экосистемах, улучшая почву, защищая от эрозии и предоставляя пищу для животных. Лишайники первыми поселяются в бесплодных местах и образуют первичную почву. Лишайники используются в экологическом мониторинге благодаря высокой чувствительности к химическим загрязнителям. Они также имеют медицинское и промышленное значение. Понимание и сохранение лишайников важно для нашего понимания природы и сохранения биологического разнообразия.

3. Лишайники в горах более разнообразны по цветовому спектру и по видам, чем лишайники Подмосковья

4. Эксперимент по выращиванию лишайников в лаборатории будет продолжен. На данном этапе можно сделать вывод, что лишайники возможно выращивать в лабораторных условиях. Наиболее подходящая среда для выращивания лишайников – молочная.

Мы планируем продолжить проект. Возможно, это будет одно из направлений:

  1. Продолжить изучение лишайников в Подмосковье, расширив географию проекта.

  2. Попытаться повторить эксперимент по выращиванию лишайников в лаборатории.

  3. Проверить, связано ли количество видов лишайников с их месторасположением у дорог, предприятий, крупных автомобильных трасс.

  4. Составить карту расположения различных видов в Ступинском районе.

Список литературы

1. «Биология 5 класс», Москва, Издательский центр «Вентана-Граф», 2018, 66 с.

2. «Водоросли и лишайники» том 3, под редакцией профессора М.М. Голлербаха, Москва, «Просвещение», 1977

3. «Лишайники» статья с сайта, https://foxford.ru/wiki/biologiya/lishayniki

4. «Лишайники», Материал из Википедии — свободной энциклопедии https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D1%88%D0%B0%D0%B9%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8

5. «Лишайники», А. Н. Окснер // Куна — Ломами. — М. : Советская энциклопедия, 1973. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 14).

6. «Лишайники – биоиндикаторы атмосферного загрязнения». Романова Е.В., Седельникова Н.В. Новосибирск: Гео, 2010. 98 с

7. «Лишайник: жизнь, смерть, рабство, еда» - Российская газета (rg.ru) https://rg.ru/2017/02/09/lishajnik-zhizn-smert-rabstvo-eda.html

8. «Лишайники и их изучение» https://cyberleninka.ru/article/n/lishayniki-i-ih-izuchenie/viewer

П
риложение 1. Строение лишайников

Приложение 2 Виды лишайников.

П
риложение 3 Размножение лишайников.

Приложение 4. Лишайник ягель, или олений «мох»: а — общий вид кустистого слоевища; б — бор-беломошник

а) б)

Приложение 5 Значение лишайников в природе.

Лишайники –кормовая база для северных оленей

Приложение 6. Сравнение лишайников Дагестана и Подмосковья.

Лишайники Дагестана:

Леканора lichina confinis асахинея

Muralis шоландера

Flavoparmelia caperata

Лишайники Подмосковья:

Parmelia sulcata Ксантория Ксантория Ксантория

род Пармелия элегантная настенная жёлтая

Приложение 7. Эксперимент

Оборудование Измельчение лишайника Брусок для опыта и лишайник

Образец №1 в водной среде

Образец №2 в молоке

Образец №3 в растворе корневина

Постановка эксперимента 16. 10.2023

Результаты эксперимента через 16 дней.

Приложение 8. Продолжение эксперимента 19.12.2023. Технопарк Менделеев центр.

Просмотров работы: 71