Палиноиндикационные исследования в течение вегетационного периода

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

Личный портфель

Палиноиндикационные исследования в течение вегетационного периода

Шурай М.С. 1
1Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Краснодарского края "Эколого-биологический Центр"
Михайленко С.А. 1
1Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования Краснодарского края "Эколого-биологический Центр"
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

Окружающая нас природа постоянно испытывает антропогенный стресс от заводов, фабрик, избытка автомобильного транспорта в городах, разных типов загрязнений и т.д. Изменение экологического состояния среды негативно сказывается на жизни людей: увеличивается количество аллергических реакций, болезней дыхательной и кровеносной систем, ухудшается психическое состояние.

Многочисленные исследования учёных подтверждают связь между экологией города и здоровьем человека. Существует множество методик, позволяющих определить степень загрязнения воздуха, воды и почвы в населенных пунктах. Благодаря этим методам можно определить степень загрязнения окружающей среды. Одним из таких методов является палиноиндикация – определение качества среды по состоянию пыльцевых зёрен цветковых растений [1, 4].

Актуальность исследования заключается в том, что благодаря палиноиндикации, можно определить степень загрязнения в городе в течение вегетационного периода (весны, лета и осени) и определить основные растения-биоиндикаторы, позволяющие достоверно оценить уровень антропогенной нагрузки.

Цель исследования: определить степень загрязнения в г. Краснодаре по растениям-биоиндикаторам в течение разных сезонов года.

Задачи:

  1. Найти основные растения-биоиндикаторы весны, лета и осени в городских условиях;

  2. Определить процент абортивных пыльцевых зёрен в зависимости от качества среды;

  3. Провести комплексный анализ пыльцевых зёрен и определить типы нарушений пыльцы;

Объект исследования: пыльца растений.

Предмет исследования: состояние пыльцы у растений, выросших в разных районах города.

Глава 1. Обзор литературы

Изучение пыльцы растений началось с работ Антони Ван Левенгука, когда учёные всего мира познакомились с его работами по исследованию микроскопических объектов. Первые упоминания о пыльце можно найти в работах английского ботаника Н. Грю, который доказал, что именно пыльца необходима для размножения растений [2].

Термин «палинология» был предложен в 1944 г. Х.А. Хайдом и Д.А.Вильямсом, т.е. тогда, когда эта отрасль науки уже достаточно оформилась и получила всеобщее признание и распространение. Развитие палинологии шло, в основном, по трем направлениям [11, 12]:

1. Изучение физиологических свойств пыльцы и ее значение при оплодотворении, т. е. использовании в агрономии.

2. Направление морфологическое – изучение строения спор и пыльцы ныне существующих растений (палиноморфология). Оно возникло вместе с появлением микроскопа.

3. Направление стратиграфическое.

В России основное внимание к изучению пыльцы привлекал академик В.Н. Сукачёв. Для него это был первый опыт спорово-пыльцевого анализа в лессовидных суглинках [5, 7].

В нашей работе изучается второе направление – морфологическое. Общая классификация пыльцевых зерен основывается на особенностях их строения, в первую очередь на характере апертур, расположении апертур и их числе. Апертурами называют те участки оболочки пыльцевого зерна (экзины), которые благодаря своему особому строению приспособлены для выхода живого содержимого пыльцы, одетого эндоспорием (интиной) при их прорастании [6, 9].

В работе нами использовалась классификация, разработанная Г.Эрдтманом и Г. Вишну-Миттре [15]. В этой классификации спор и пыльцевых зерен апертуры разделены на поры (рисунок 1) и борозды (рисунок 2).

Рисунок 1 - Поровые апертуры Ясколки сорной (слева увеличение в 100 раз, справа - в 400 раз)

По положению они могут быть полярными (центр совпадает с полюсом пыльцевого зерна), зональными (центр находится на экваторе пыльцевого зерна, или на одной или нескольких линиях, параллельных экватору) и глобальными (апертуры более или менее равномерно рассеяны по всей поверхности пыльцевого зерна) [3, 10].

Рисунок 2 - Бороздовые апертуры Яснотки белой (слева увеличение в 100 раз, справа - в 400 раз)

Основным объектом исследования были растения класса Двудольные. Для этих растений характерны зонально-апертурные (бороздные и поровые) и глобально-апертурные (бороздные и поровые) пыльцевые зерна.

Глава 2. Материалы и методы исследования

Исследование проводилось в период с весны до осени 2025 г, на территории Эколого-биологического Центра г. Краснодара и близ лежащих территорий: улицы Зиповская, Колхозная, 40-летия Победы и Московская (рисунок 2).

Рисунок 3 – Карта района исследования

Объектами исследования являются цветковые двудольные растения, цветущие весной, летом и осенью.

Пыльцу собирали со свежих цветков на предметное стекло, накрывали покровным стеклом и просматривали под световым микроскопом (временный микропрепарат).

Основной метод исследования – микроскопирование.

Глава 3. Результаты исследования

Проведенный палиноморфологический анализ показал, что 61,1% видов растений имеют бороздовые апертуры (Вика мышиный горошек, Желтушник выгрызенный, Подмаренник цепкий, Яснотка пурпурная и т.д.) и только 38,9% – поровые (Амброзия полыннолистная, Вероника плющелистная, Ячмень заячий, Гусиный лук желтый и т.д.).

Пыльцевые зерна растений очень чувствительны к действию загрязняющих веществ, поэтому соотношение нормальной пыльцы и абортивной (видоизмененной, мелкой) можно использовать в фитоиндикации. Преимущество методов фитоиндикации состоит в дешевом и быстром получении информации о среде по признакам пыльцевых зерен [13, 14].

3.1. Весенние наблюдения

Для анализа качества среды нами были выбраны растения, растущие около перекрестка Зиповская – Ростовское шоссе – Колхозная, испытывающие большую антропогенную нагрузку, и в парке «Чистяковская роща», в местах удаленных от хозяйственной деятельности человека. На рисунке 4 представлены нормальные пыльцевые зерна Пастушьей сумки, взятые с растений в парке.

Рисунок 4 - Пыльца пастушьей сумки (увеличение в 400 раз)

Ниже представлены пыльцевые зерна растений, росших вдоль перекрестка Зиповская – Ростовское шоссе – Колхозная (рисунок 5 слева) и по 40-лети Победы, возле Эколого-биологического Центра (рисунок 5 справа).

Рисунок 5 - Абортивная пыльца с улиц города (увеличение в 400 раз)

Растения, росшие вдоль крупного перекрестка практически не имеют здоровых пыльцевых зерен, вся пыльца (более 85%) абортирована и не способна к оплодотворению. Растения, росшие вдоль дорог возле парка и Эколого-биологического Ценрта, имеют больший процент здоровых пыльцевых зерен (до 60%). Абортированная пыльца мелкая и часто имеет неправильную форму.

Растения Клевера ползучего более чувствительны к загрязнению, поэтому вдоль дорог не встречаются. Пыльца растений, выросших в парке «Чистяковская роща», имеет больше половины абортивных пыльцевых зерен (рисунок 6).

Рисунок 6 - Мелкие абортивные пыльцевые зерна Клевера ползучего (увеличение в 400 раз)

Абортивные пыльцевые зерна клевера имеют неправильную форму, более светлую окраску, мелкие размеры и не способны к оплодотворению.

Пыльцевые зерна Гусиного лука желтого, произрастающего на территории Эколого-биологического Центра, также чувствительны к загрязнениям (рисунок 7).

Рисунок 7 - Пыльца Гусиного лука желтого (увеличение в 100 раз)

На рисунке хорошо видно, что в пыльце обнаруживаются мелкие абортивные пыльцевые зерна, имеющую неправильную форму.

3.2. Летние наблюдения

Для анализа мы использовали растения Астры ложноитальянской, растущие вдоль улицы Московской. Пыльца астры имеет очень крупные абортивные светлоокрашенные пыльцевые зерна (рисунок 8).

Рисунок 8 - Пыльца Астры ложноитальянской (увеличение в 400 раз)

Как видно из рисунка, у астры очень много разнообразных нарушений пыльцевых зерен: гигантские зерна (светлоокрашенные или темноокрашенные), мелкие пыльцевые зерна, некоторая пыльца неправильной формы. Процент абортивной пыльцы составляет более 80%.

Вика мышиный горошек менее чувствительная к загрязнению и процент здоровых пыльцевых зерен выше (рисунок 9). Пыльца была собрана с территории Эколого-биологического Центра и парка «Чистяковская роща».

Рисунок 9 - Пыльца Вики мышиного горошка (слева увеличение в 100 раз, справа - в 400 раз)

Эти растения имеют относительно здоровую пыльцу, процент абортивной не превышает 20 %.

Одуванчик лекарственный имеет своеобразную угловатую пыльцу (рисунок 10).

Пыльца была собрана с перекрестка улиц Колхозной и 40-летия Победы.

Рисунок 10 - Пыльца одуванчика лекарственного (увеличение в 400 раз)

Абортивные пыльцевые зерна мелкие, светлоокрашенные. Здоровой пыльцы летом было относительно мало, в отличие от весеннего сезона. Это, наверное, связано с тем, что за весну и начало лета накапливаются мутации в пыльце. Процент абортированной пыльцы более 75 %.

3.3. Осенние наблюдения

Осенью цветет не очень много растений, но наблюдения за ними провести вполне возможно. Один из основных растений, цветущих осенью является Очиток – декоративное клумбовое растение, выращиваемое в Эколого-биологическом Центре (рисунок 11).

Рисунок 11 - Абортивная пыльца Очитка (увеличение в 400 раз)

Осенью, в связи с повышенной антропогенной нагрузкой, повышается доля абортивных пыльцевых зерен: большая часть пыльцы имеет аномальные размеры (либо слишком крупные, либо слишком мелкие), светлоокрашенная и имеет неправильную форму. Очень большая доля пыльцы, не способной к оплодотворению: более 90%.

У ястребинки наоборот: большая часть пыльцы была нормальной (рисунок 12). Собрана пыльца была на территории Эколого-биологического Центра.

Рисунок 12 - Пыльцевые зерна Ястребинки (слева увеличение в 100 раз, справа - в 400 раз)

Процент абортивных пыльцевых зерен небольшой, примерно 2%. Пыльца в основном здоровая, одного размера, темноокрашенная.

3.4. Обсуждение результатов исследования

Палинологические методы фитоиндикации хорошо зарекомендовали себя в оценке качества окружающей среды. Остальные направления палинологии (использование в агрономии и стратиграфии) также повсеместно изучаются и совершенствуются.

Другие виды растений показывали схожую картину: редкие одиночные цветки, выросшие вдоль улиц Зиповской, Колхозной и Московской, имели практически полностью абортивную пыльцу (процент здоровых зерен не превышал 5%), на небольших улицах в городе процент здоровой пыльцы заметно повышается (до 50-70%) и в парках города, например, Чистяковской роще, процент здоровых пыльцевых зерен достигал 98-100%.

Как показал анализ растений по сезонам года и весной, и летом, и осенью растения реагируют на антропогенное загрязнение среды. Одни растения оказываются более чувствительными (например, Пастушья сумка, Клевер ползучий, Астра), другие – менее, например, Ястребинка.

Заключение

Пыльцевой анализ можно использовать в качестве индикатора состояния окружающей среды. Например, особо чувствительные виды сразу показывают изменение в атмосфере и почве городов и реже встречаются. Менее чувствительные виды хорошо адаптируются к антропогенной нагрузке города и имеют высокую численность.

Эти данные хорошо иллюстрируют процесс эволюции растений к жизни с человеком: устойчивость пыльцы позволяет осуществлять семенное размножение, а неустойчивость – к вегетативному или скорому вымиранию видов в условиях города.

Фенологический анализ позволяет людям лучше планировать своё время в городе (многие на сезон переезжают из-за аллергии), а также понимать, какие растения активны в тот или иной сезон года.

Дальнейший план работы включает в себя исследования всех районов города и сравнение антропогенной нагрузки в течение года.

Выводы

Проведенная работа позволяет сделать следующие выводы:

  1. Нашли основные растения-биоиндикаторы весны (Гусиный лук, Клевер ползучий), лета (Вика мышиный горошек, Астра) и осени (Очиток);

  2. Определили, что в зависимости от произрастания растения, процент абортивных пыльцевых зерен может быть от 2% до 100% (на крупных перекрестках и в парке);

  3. Основные типы абортивной пыльцы – это светлоокрашенная пыльца, мелкая, неправильной формы или гигантская;

Список использованной литературы

  1. Атлас спор и пыльцы некоторых современных растений Дальнего Востока = Атлас спор и пыльцы растений... [Текст] / А. И. Мячина, Л. Л. Казачихина, И. Б. Мамонтова, В. С. Калинина ; АН СССР. Дальневост. науч. центр. Хабар. комплексный науч.-исслед. ин-т. Геогр. о-во СССР. Приамур. (Хабар.) филиал. М-во геологии РСФСР. Дальневост. территор. геол. упр. - Хабаровск : [б. и.], 1971. - 86 с.

  2. Бурмистров А.Н.Медоносные растения и их пыльца / А. Н. Бурмистров, В. А. Никитина. - Москва : Росагропромиздат, 1990. – 190 с.

  3. Голубинский И.Н.Биология прорастания пыльцы [Текст] / АН УССР. Укр. о-во генетиков и селекционеров им. Н. И. Вавилова. - Киев : Наук. думка, 1974. - 368 с.

  4. Гузюк, М.Е.Пыльца древесных и кустарниковых пород: учебное пособие для студентов по направлениям подготовки 35.03.01 "Лесное дело", 05.03.06 "Экология и природопользование", 35.03.10 "Ландшафтная архитектура"; Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова". - Санкт-Петербург: СПбГЛТУ, 2019. - 121 с.

  5. Заклинская Е.Д.Описание пыльцы и спор некоторых видов растений полярной тундры [Текст]; Описание некоторых видов пыльцы и спор, выделенных из третичных отложений Пасековского карьера Воронежской области. - [Москва] : Изд-во Акад. наук СССР, 1953. - 119 с.

  6. Морфология пыльцы и спор современных растений [Текст] : Труды III Междунар. палинол. конф. СССР. Новосибирск. 1971 / [Отв. ред. Л. А. Куприянова] ; [АН СССР. Ботан. ин-т им. В. Л. Комарова]. - Ленинград : Наука. Ленингр. отд-ние, 1973. - 111 с.

  7. Морфология пыльцы : учебно-методическое пособие / В. В. Григорьева, Д. А. Брицкий, О. А. Гаврилова, А. Н. Иванова ; Санкт-Петербургский государственный университет, Научный парк [и др.]. - Санкт-Петербург : Т-во научных изданий КМК, 2019. – 38 с.

  8. Некрасова Т.П. Пыльца и пыльцевой режим хвойных Сибири / Т. П. Некрасова; Отв. ред. А. И. Ирошников. - Новосибирск : Наука : Сиб. отд-ние, 1983. - [1], 169 с.

  9. Николаевская Т.С.Методы исследования пыльцы и спор [Текст] : учебно-методическое пособие / Т. С. Николаевская, Л. В. Филимонова, Н. А. Елькина ; Карельский науч. центр Российской акад. наук, Ин-т биологии. - Петрозаводск : КарНЦ РАН, 2015. – 90 с.

  10. Пыльца как индикатор состояния окружающей и палеоэкологические реконструкции = Pollen as indicator of environmental state and paleoecological reconstructions : Pollen as indicator of environmental state and paleoecological reconstructions : международный семинар / М-во природных ресурсов Р [и др. ; отв. ред.: М. Д. Белонин, А. И. Кричкова]. - Санкт-Петербург : ВНИГРИ, 2001. – 233 с.

  11. Семенова Е.В.Споры и пыльца юрских отложений и пограничных слоев триаса Донбасса. Споры и пыльца Донбасса [Текст] / АН УССР. Ин-т геол. наук. - Киев : Наукова думка, 1970. - 144 с.

  12. Сиверцева, И. А.Палинологическое обоснование стратиграфического расчленения верхнепалеозойских отложений южной части Тунгусского бассейна [Текст] : Автореферат дис., представленной на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук / Всесоюз. нефт. науч.-исслед. геологоразвед. ин-т. - Ленинград : [б. и.], 1962. - 18 с.

  13. Сладков А.Н. Введение в спорово-пыльцевой анализ. М.: Наука, 1967. – 275 с.

  14. Споры папоротникообразных и пыльца голосеменных и однодольных растений флоры Европейской части СССР / [А. Е. Бобров, Л. А. Куприянова, М. В. Литвинцева, В. Ф. Тарасевич; Отв. ред. Л. А. Куприянова]. - Ленинград : Наука : Ленингр. отд-ние, 1983. - 208 с. 

  15. Эрдтман, Гуинар Е.Морфология пыльцы и систематика растений : (введение в палинологию) / пер. с англ. Л. А. Козяр ; под ред. проф. И. М. Покровской. - Москва : Изд-во иностр. лит., 1956. - 1 т.

Просмотров работы: 28