XXVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БОЖЬЕЙ КОРОВКИ (ADALIA BIPUNCTATA) КАК БИОИНДИКАТОРА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В УСЛОВИЯХ г. ВОРОНЕЖА

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Копытин И.Н. 1

---

1МБУДО ЦДО "Созвездие" города Воронежа

Решетникова Т.В. 1

---

1МБУДО ЦДО "Созвездие" города Воронежа

Работа в формате PDF

118.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Городская среда - это не единая экосистема, это мозаика различных биотопов. Экологическое своеобразие отдельных городских местообитаний зависит от форм их использования. Кроме того, почвы, климат, растительность в отдельных городских местообитаниях различны, что ведет к образованию характерных зооценозов. Несмотря на узкие экологические ниши насекомых, в городской среде они распространены повсеместно. В связи с этим насекомые являются удобным объектом для изучения их реакции на загрязнение окружающей среды, так как относятся к короткоцикловым формам, дающим не менее двух генераций в сезон. В нашем исследовательском проекте мы изучили возможности использования божьей коровки как объекта биоиндикации.

Объект исследования: божья коровка (Adalia bipunctata).

Предмет исследования: божья коровка (Adalia bipunctata) как индикатор состояния окружающей среды в условиях г. Воронежа.

Гипотеза: божья коровка (Adalia bipunctata) может быть использована как индикатор состояния городской среды.

Цель работы: изучение возможности использования божьей коровки как индикатора состояния городской экосистемы.

Задачи:

1. Дать оценку экологического состояния опытных площадок;

2. Произвести отлов божьих коровок;

3. Изучить видовой состав отловленных особей;

4. Изучить состав популяций Adalia bipunctata: выяснить соотношение черных и красных особей и их биометрические показатели;

5. Дать рекомендации по использованию божьей коровки (Adalia bipunctata), как тест-объекта при биоиндикации состояния окружающей среды в условиях города Воронежа.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. История изучения реакции насекомых на состояние окружающей среды

Реакцию насекомых на явления окружающей среды начали изучать в странах Западной Европы (Англии, Германии, Финляндии и др.). Классическим примером изучения промышленного меланизма является работа Ч. Дарвина (1859г).

Под меланизмом (от греч. melos – черный) понимают преобладание черной или темной окраски у части особей вида, которому обычно свойственна другая, более светлая окраска. Проведенный уже в ХХ веке генетический анализ выявил, что темный цвет обусловлен действием доминантного аллеля (ген) «С» – carbonaria. Индустриальный меланизм впоследствии был открыт у многих видов насекомых. Там, где копоти и грязи становится меньше, он исчезает: в окрестностях Бирмингема численность темной формы двухточечной божьей коровки за 10 лет понизилась вдвое (как и загрязненность воздуха) [2].

1.2. Морфофизиологические особенности и образ жизни божьей коровки

Божья коровка относится к типу Членистоногих, классу Насекомых; является представителем отряда Жесткокрылых. Всего коровок (Coccinellidae)в мире больше 5000 видов.

Божьих коровок называют по-разному: божьи жуки, божьи коровки и божьи птички. Как бы их ни называли, эти жуки принадлежат к семейству Coccinellidae. Все божьи коровки проходят четырёхэтапный жизненный цикл, известный как полный метаморфоз: яйцо, личинка, куколка и взрослое насекомое. Размер божьей коровки в среднем от 4 мм до 10 мм. Это отнюдь не значит, что маленький жук – молодой, а крупный – старый. Просто в первом случае личинка, из которой образовался жук, явно не доедала. А во втором – ела досыта. Вот и результат получился различный. Взрослые насекомые увеличиваться в размерах не могут, так как покрыты хитиновым покровом. [1]. Форма тела округленная, яйцевидной формы, снизу приплюснутая, а сверху выпуклая. Иногда поверхность покрыта тонкими ворсинками. Головка монолитно соединяется с передней грудью, выглядит все как увеличенная головогрудь. На голове расположены крупные глаза и пара усиков. Имеет жесткие выразительные надкрылья с яркой окраской и хорошо заметными пятнами. На земле они выполняют защитную функцию для второй пары тонких перепончатых крыльев. Божьи коровки способны при передвижении на лапках компактно складывать крылья под жесткими надкрыльями, чтобы защитить их от повреждений. Лапок три пары. Кокцинеллиды не умеют быстро бегать и кусаться, поэтому защищаются жуки с помощью ядовитой гемолимфы. Чем ярче и заметнее цвет, тем опаснее они кажутся для своих врагов. [4].

Иногда думают: сколько точек у коровки на крыльях, столько ей лет. Но это неправда. Точки не о возрасте говорят, а о том, к каким видам многие из коровок принадлежат. У разных видов разное количество пятен. Например, самый обыкновенный вид — семиточечная божья коровка (Coccinella septempunctata), двухточечная коровка (Adalia bipunctata), пятиточечная коровка (Coccinella quinquepunctata). Приметная коровка (Semiadalia notata) - надкрылья желтые с 11 большими черными пятнами.Но есть и другие: десяти-, одиннадцати-, двенадцати-, тринадцати-, четырнадцати-, девятнадцати-, двадцатиточечные.

Коровка двухточечная наиболее «домашняя» из всех божьих коровок и относительно редко встречается вне населенных пунктов. Два обстоятельства благоприятствуют ей в городах. Растущие здесь декоративные растения, часто интродуцированные, плохо приспособлены к местным условиям, а потому легко поражаются различными вредителями, в том числе тлями – основным кормом божьих коровок. Коровок больше всего на кустарниках и деревьях, растущих на центральных улицах и особо ослабленных загрязнением атмосферы и регулярной подстрижкой. Другой фактор связан с тем, что этот вид наиболее успешно освоил человеческие строения в качестве мест зимовки. Когда наступает холодный период, божьи коровки готовятся к зимовке и начинают искать подходящее для этого место. Их можно увидеть в некоторых местах в количествах. Зимуют божьи коровки скоплениями под сухими листьями, корой, камнями, в щелях, образуя часто просто грандиозные скопления. Жуки постепенно адаптируются к жизни в городах. Дома людей со щелями в кирпичной кладке и панелях являются неплохой альтернативой камням, листьям и коре. Хотя, если божьи коровки имеют возможность выбора, они предпочтут деревянные окна со щелями в них, поскольку это более щадящие условия зимовки. Набиваются туда плотно, прижимаются друг к другу, чтобы поменьше тепла отдавать зимой холодным стенам своего убежища [2].

1.3. Физиология: особенности питания, дыхания, выделения, размножения

Срок жизни божьей коровки зависит от ее вида и наличия пищи в месте ее обитания, он может составлять от нескольких месяцев до двух лет. Благодаря строению своей челюсти и особенностям функционирования пищевого тракта, она способна охотиться на других насекомых и затем быстро их переваривать.

В рацион хищных видов входят в основном: тля в огромных количествах; паутинные клещи; гусеницы; личинки насекомых; яйца бабочек. Божьи коровки предпочитают жить «поодиночке», обособленно от других представителей вида. Лишь во время брачного периода они собираются вместе, чтобы продолжить свой род. Также они вместе собираются для перелетов и зимовки [4].

1.4. Меланизм божьей коровки

На территории бывшего СССР был достаточно тщательно изучен меланизм двухточечной божьей коровки (Adalia bipunctata). Коровка двухточечная также изучалась в Риме, Марселе, Санкт-Петербурге, Ялте, Ереване, Калининграде. Рассматриваемый вид Adalia bipunctata относится к семейству Coccinellidae, отряду Coleoptera.

Adalia bipunctata – вид, обитающий в областях умеренного климата всего северного полушария. Adalia в городахлетом находит обильный корм, зимой – удобные укрытия, в больших количествах встречается от Калининграда до Петропавловска-на-Камчатке и от Сыктывкара до Еревана. Вторая особенность вида – разнообразие морф. Многие божьи коровки проявляют полиморфизм: особи одного вида нередко отличаются числом или формой пятен. Для адалии характерна крайняя степень такой изменчивости – жуки могут быть либо красными с черными пятнами, либо черными с красными.

Во всех европейских популяциях этого вида присутствуют жуки с красными надкрыльями и двумя черными пятнами на них и так называемые меланисты – жуки с черными надкрыльями и четырьмя или шестью красными пятнами. Обычно редкие меланистические морфы этого вида оказываются преобладающими в немногих популяциях. В ряде случаев их накопление оказывается достаточно наглядно связано с индустриальным загрязнением среды [2].

1. 5. Изучение проведённых исследований

Нами было изучено исследование И. А. Захарова и С. О. Сергиевского. С 1975 г. исследователи вели сборы адалий в разных районах Санкт-Петербурга и населенных пунктах на территории области. С удалением от города во всех направлениях доля черных особей в популяциях снижается от 85% (центр) до 6–9% (Лодейное Поле, Выборг). Более того, различия отмечены между районами самого Санкт-Петербурга: в центре, на территории, которую город занимал до начала XX века, доля черных особей составляла свыше 80%, а на юго-западе (районы Дачное, Ульянка, застраивавшиеся с 60-х гг.) – всего 50%. Если сборы в Санкт-Петербурге и области подтверждают влияние индустриального загрязнения на состав популяций адалий «географически», то в Ереване нашлись свидетельства «исторические». В первом сборе черные жуки вообще отсутствовали, затем они появились, и их доля постоянно увеличивалась. В 80-е гг. здесь обнаружено около 60% черных особей. Состав популяции изменялся параллельно росту города и развитию промышленности. Таким образом, нет оснований сомневаться, что высокий процент черных особей в таких городах, как Санкт-Петербург и Ереван, есть следствие загрязнения среды обитания, к которому черные жуки почему-то лучше адаптировались.

Вместе с тем имеются наблюдения, говорящие о том, что черные морфы могут накапливаться в популяциях и при действии природных факторов. Сборы Лусиса показали, что в некоторых районах Киргизии в годы, когда антропогенного загрязнения там не было, черные жуки присутствовали в популяции. Было обнаружено повышенное содержание черных жуков в экологически чистом районе – близ оз. Котокель в Забайкалье. В 80-е гг. XX века И. А. Захаров отметил 65% черных жуков в Ялте.

На основании изученных фактов авторы делают вывод, что почти во всех популяциях насекомого сосуществуют две морфы – красная и черная (последняя относительно редка – обычно ее доля не превышает 10%). Поскольку черная окраска – признак доминантный, подавляющее большинство черных особей гетерозиготны (то есть несут гены и черной, и красной окраски). В генетике известно, что в ряде случаев гетерозиготы обладают повышенной жизнеспособностью, и именно этим можно было бы объяснить устойчивое сохранение двух морф в популяциях. В отдельных популяциях адалии происходит накопление черных – до 60–90%. Предполагается, что черные особи могут быть устойчивее не только к загрязнению среды, но и к некоторым неблагоприятным природным факторам [2].

2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В сентябре 2025 года было проведено исследование по выявлению возможности использования божьей коровки, как объекта биоиндикации состояния окружающей среды города Воронежа.

При изучении реакции насекомых на состояние окружающей среды и поиска биоиндикатора, объектом нашего исследования стала божья коровка Adalia bipunctata. Выбор объектом исследования Adalia bipunctata был обусловлен рядом причин: 1) широкий ареал; 2) приуроченность к местам обитания; 3) наличие окрасочного полиморфизма в природных популяциях.

Отлов коровок производился в тёплые солнечные дни на территории прилегающей к МБОУ СОШ № 93 (школа находится в 100 м от автомобильной дороги), на дворовой территории жилых домов по ул. Хользунова и на зелёной территории, находящейся в 100 м от Воронежского дрожжевого завода. Для контроля божьих коровок отловили в Рамонском районе (село Новоживотинное).

2.1 Оценка экологического состояния исследуемой территории

Дана оценка экологического состояния территории опытного и контрольного участков. Мы определили степень токсичности почвы, химический состав почвы. Состав атмосферного воздуха на процент содержания кислорода, углекислого газа, аммиака был определён газоанализатором «ОКА-92МТ».

2.1.1.1 Химический анализ почвы

При оценке химического состава почв опытного и контрольного участков мы использовали тест – полоски «Test Strips».

2.1.1.2 Определение степени токсичности почвы [2]

Методом биоиндикации нами был определён уровень токсичности почв территории опытных и контрольной площадок.

Как тест-объект для оценки загрязнения почвы был выбран кресс-салат. В начале эксперимента семена кресс-салата «Крупнолистный», были проверены на всхожесть. Для этого 30 семян на фильтровальной бумаге были помещены в чашку Петри. Фильтровальная бумага была увлажнена до полного насыщения водой. Чашка Петри была накрыта неплотно стеклом и размещена на подоконнике.

Оборудование: воронка стеклянная, палочка стеклянная, стакан на 50 мл, фильтр бумажный, цилиндр мерный на 50 мл, весы учебные, стакан на 200 мл, кювета. Реактивы и материалы: раствор хлорида калия (1,0 моль/л эквивалента), чистая вода, образец почвы.

Ход работы:

1. В чашки Петри (в трехкратной повторности) мы поместили два слоя фильтровальной бумаги. В опытных чашках бумагу мы смочили 7 мл исследуемой вытяжкой, а в контрольных чашках – 7 мл дистиллированной воды. Мы высеяли в каждую чашку по сто всхожих семян кресс-салата (последнего года репродукции, имеющих высокую энергию прорастания).

2. Чашки прикрыли крышками и поместили на одни сутки в темноту, в термостат при температуре 27°С.

3. Через 24 часа мы определили всхожесть семян кресс-салата в опытных чашках. Проросшим считали семя, у которого корешок прорвал семенную оболочку.

4. Вычислили средние значения всхожести семян с опытных площадок и сравнили их со средней всхожестью семян на контрольной площадке.

5. Для количественного выражения токсического действия воды на всхожесть семян мы вычислили индекс токсичности по формуле:

J= (B контроль – B опыт): B контроль,

где J – индекс токсичности, B контроль – всхожесть семян в контроле, В опыт – всхожесть семян в опытном варианте.

6. Мы оценили степень загрязнения по таблице 2.1 «Индекс токсичности».

Таблица 2.1

Индекс токсичности

2.1.2 Оценка качества атмосферного воздуха.

Состав атмосферного воздуха на процент содержания кислорода, углекислого газа, аммиака был определён газоанализатором «ОКА-92МТ».

2.2 Отлов божьих коровок на опытной площадке

В сентябре 2025 года было проведено исследование по выявлению возможности использования божьей коровки как объекта биоиндикации состояния окружающей среды Северного микрорайона Коминтерновского района города Воронежа. На территориях, прилегающих к МБОУ СОШ № 93 и МБОУ лицей №4, в тёплый солнечный день был произведён сбор 10 особей божьей коровки. Лов божьих коровок был осуществлен в солнечный сентябрьский день. При температуре + 23⁰С. В такие дни наблюдается лет коровок на зимовку: они прилетают на освещенные солнцем стены зданий (обычно отдельно стоящих).

Отловленные насекомые помещались в промаркированные спичечные коробки. Для контроля был произведён отлов божьих коровок в Рамонском районе Воронежской области село Староживотинное на территории государственного природного заказника областного значения «Нагорная дубрава».

При изучении морфологии отловленных особей в ходе камеральных работ мы измерили длину и ширину, провели взвешивания; визуально оценили цвет и подсчитали количество точек. На основании полученных данных составлена таблица 1 «Описание божьих коровок» (см. Приложение 1). Полученные данные сравнили с показателями божьих коровок, отловленных на контрольной точке. При обработке результатов исследований использовали: ПЭВМ программы Microsoft Exсel, микроскоп Digital Nikroscope Levenhuk DTX 500 LCD, микрометр, весы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ

3.1 Оценка качества воздуха и почвы исследуемых территорий

3.1.1 Химический анализ почвы

При оценке химического состава почв опытного и контрольного участков мы использовали тест-полоски «Test Strips». На основании полученных данных построена таблица 3.1 «Химический состав почвы».

Таблица3.1

Химический состав почвы

При анализе полученных результатов можно отметить, что в почве, на территории, прилегающей к Воронежскому дрожжевому заводу, выявлено наличие критических концентраций цинка и свинца.

При анализе значений pH можно отметить, что фоновое значение водородного показателя близко к значению 6,5. У Воронежского дрожжевого завода возможно почва подщелачивается за счёт загрязнения.

3.1.2 Определение степени токсичности почвы.

Методом биоиндикации нами был определён уровень токсичности почв территории опытных и контрольной площадок. На основании полученных данных построена диаграмма 1 «Индекс токсичности».

При анализе данных диаграммы 1 следует: контрольная площадка - индекс токсичности почвы 0,1 (проросло 30 семян – 100%) - загрязнение почвы отсутствует; территория школы - индекс токсичности 0,2 (проросло 26 семян - 86%) – слабое загрязнение почвы; дворовая территория - индекс токсичности 0,1(проросло 27 семян – 90%) - загрязнение отсутствует, но значение пограничное со слабым загрязнением; дрожжевой завод - индекс токсичности 0,3 (взошло 24 семени- 80%) - слабое загрязнение.

На основании полученных данных можно отметить, что на контрольной площадке загрязнение отсутствует, во дворе жилого дома загрязнение отсутствует, но значение пограничное со слабым загрязнением, на территории МБОУ СОШ № 93 и дрожжевого завода загрязнение слабое.

3.3.1 Оценка качества атмосферного воздуха.

Состав атмосферного воздуха на процент содержания кислорода, углекислого газа, аммиака был определён газоанализатором «ОКА-92МТ». При анализе воздуха у школы и во дворе жилого дома процент кислорода составил 20,3%, аммиак и угарный газ отсутствуют. У дрожжевого завода концентрация кислорода 20,3%, концентрация аммиака меняется от 1% до 17%. На контрольной площадке концентрация кислорода составила 20,6%, аммиак и угарный газ отсутствуют.

При сопоставлении полученных результатов оценки качества почвы и атмосферного воздуха можно сделать вывод, что контрольная площадка – это экологически благоприятная зона, территория жилого дома – загрязнение отсутствует, территория школы испытывает антропогенное влияние и относится к зоне слабого загрязнения; территория, прилегающая к Воронежскому дрожжевому заводу, испытывает более высокий уровень антропогенного влияния по сравнению с территорией школы. Так как периодические выбросы аммиака до 17% оказывает серьёзное токологическое воздействие на окружающую среду.

3.4 Изучение божьих коровок

Количество пятен на надкрыльях – один из морфологических видовых признаков божьих коровок. Поэтому в ходе исследования было подсчитано количество пятен у отловленных особей. На основании полученных данных в ходе камеральных работ, была построена диаграмма 2 «Количество точек у божьих коровок, % особей».

При анализе данных диаграммы можно отметить, что на контрольной площадке среди отловленных особей оказалось 50% семиточечных, 20% десятиточечных, 10% двадцатиодноточечных, 10% пятнадцатиточечных, 10% двухточечных.

На опытной площадке у дрожжевого завода божьих коровок не обнаружено.

На опытной площадке у МБОУ СОШ №93 – 40% двухточечных, 30% четырёхточечных, 10% семиточечных, 10% девятнадцатиточечных, 10% десятиточечных насекомых.

На территории двора жилого дома – 30% двухточечных, 30% девятнадцатиточечных, 10% четырёхточечных, 10% семиточечных, 10% двадцатиодноточечных, 10% двадцатиточечных насекомых.

Коровка двухточечная наиболее «домашняя» из всех божьих коровок и относительно редко встречается вне населенных пунктов. В работе Захарова [1] отмечено, что за исключением Воронежской области двухточечные встречаются только в городской черте. В нашем исследовании на контрольной площадке было отловлено 10% двухточечных, что подтверждает данные литературных источников. На опытной площадке у МБОУ СОШ №93 двухточечные составляют 40%. Из них черные особи составили 30%, что говорит о загрязнении окружающей среды в городе. Во дворе жилого дома двухточечные божьи коровки составляют 30%.

Если сопоставить полученные данные с экологической оценкой исследуемых территорий, можно отметить, что количество двухточечных божьих коровок увеличивается при увеличении степени загрязнения территории. При загрязнении территории близком к среднему уровню божьи коровки отсутствуют.

На основании биометрических данных (см. Приложение 1 таблица 1 «Описание божьих коровок») была составлена диаграмма 3 «Биометрические показатели божьих коровок Adalia bipunctata» и диаграмма 4 «Вес божьих коровок Adalia bipunctata, г». При анализе данных диаграмм можно отметить, что на контрольной площадке вес божьих коровок меньше на 57%, длина меньше на 31%, ширина меньше на 43%. В условиях города божьи коровки Adalia bipunctata, по сравнению с загородом, крупнее по размерам и имеют больший вес.

На основании данных литературных источников можно предположить, что в городской черте растущие декоративные растения ослаблены частой обрезкой и загрязняющими веществами, а потому легко поражаются различными вредителями, в том числе тлями – основным кормом божьих коровок.

На основании нашего исследования можно предположить, что божьих коровок Adalia bipunctata можно использовать для биоиндикации окружающей среды в условия г. Воронежа.

Если сопоставить данные оценки уровня загрязнения контрольной площадки и опытных территорий с результатами отлова божьих коровок, можно утверждать, что количество двухточечных коровок коррелирует с состоянием окружающей среды.

4. ВЫВОДЫ

На основании полученных данных можно сделать следующие выводы:

1. Территории опытных площадок испытывают антропогенное воздействие.

2. В г. Воронеже встречаются разные виды божьих коровок (Coccinellidae) в том числе и двухточечная Adalia bipunctata.

3. Соотношение черной и красной морф Adalia bipunctata обусловлено различной степенью техногенной нагрузки на биотопы, где они обитают.

5. В связи с многочисленностью Adalia bipunctata, широким ареалом распространения и корреляции их численности от степени загрязнения территории она может быть использована как биоиндикатор.

Заключение

Наша гипотеза ˗ божья коровка (Adalia bipunctata) может быть использована как индикатор состояния городской среды, подтвердилась.

Исследования будут продолжены.

5. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Константинов В.М., Бабенко В.Г., Кучменко В.С. / под ред. Константинова В. М.: Биология 7 класс Учебник. - М., Вентана-Граф, 2021. - 228 с.

2. Радченко Н. М., Шабунов А. А. Методы биоиндикации в оценке состояния окружающей среды: Учебно-методическое пособие. – Вологда: Издательский центр ВИРО, 2006. – 148 с.

3. Плавильщиков Н. Н.: Занимательная энтомология: - М., «Детская литература», 1990. – 192с.

4. Электронный ресурс - Божья коровка. Образ жизни и среда обитания божей коровки. Режим доступа - givotniymir.ru›bozhya-korovka-obraz-zhizni-i- (дата обращения 26.12.2024)

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Описание божьих коровок

Продолжение таблицы 1