Влияние загрязнения атмосферного воздуха на морфометрические и биохимические показатели рябины обыкновенной

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

Влияние загрязнения атмосферного воздуха на морфометрические и биохимические показатели рябины обыкновенной

Бражник Э.Ю. 1
1МБОУ "Головчинская СОШ с УИОП"
Мотайло М.В. 1
1МБОУ "Головчинская СОШ с УИОП"
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Загрязнение окружающей среды представляет собой глобальную проблему современности, которую регулярно обсуждают в новостях и научных кругах. Создано множество международных организаций, направленных на борьбу с ухудшением природных условий. Учёные давно бьют тревогу о неминуемости экологической катастрофы в самое ближайшее время.

Атмосферный воздух является наиболее важным компонентом, неотъемлемой частью среды обитания человека. Высокая концентрация загрязняющих веществ в атмосфере городов и промышленно развитых центров наносит огромный вред здоровью населения, большой ущерб сельскому и лесному хозяйству, промышленности, жилым зданиям.

и техническим сооружениям, историческим памятникам. Загрязнение воздуха существенно увеличивает количество различных заболеваний. В настоящее время экологическое неблагополучие отмечается практически во всех городах и промышленно развитых центрах всей европейской территории России, где сложная экологическая обстановка говорит о необходимости изучения и оценки негативных последствий антропогенного воздействия с целью предотвращения или уменьшения ущерба народному хозяйству и вреда здоровью населения. Изучение этой проблемы и поиск путей её разрешения происходят каждом городе нашей страны.

Учеными-экологами было выяснено, что растения в условиях техногенной среды, сохраняя внешне неизменный вид, претерпевают значительные изменения биохимического состава и морфометрических показателей.

Цель работы:изучить влияние атмосферного воздуха на различных улицах с. Головчино на состояние рябины обыкновенной.

Задачи:

изучить биологические особенности изучаемой культуры;

определить влияние выбросов автотранспорта на морфометрические показатели и биохимический состав рябины обыкновенной на отдельных улицах нашего села

проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

предложить пути решения данной проблемы

Объект исследования: рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.)

Предмет исследования: влияние загрязнения атмосферного воздуха на морфометрические и биохимические показатели рябины обыкновенной

Гипотеза: влияют ли выбросы автотранспорта на состояние древесных растений на примере рябины обыкновенной

Методы исследования: наблюдение, эксперимент, измерение, сравнение, анализ.

Практическая значимость работы заключается в овладении умениями проведения исследовательской работы с целью получения знаний в области биологии и экологии, использовании полученных результатов для поиска путей решения экологических проблем.

Глава 1. Теоретическая часть работы

1.1 Атмосферный воздух и источники его загрязнения
Воздушная оболочка Земли выполняет многочисленные функции. Она служит средой обитания и источником необходимых веществ для организмов, обеспечивает и регулирует круговорот веществ и энергии в местных и планетарных масштабах, между землей и космическим пространством. Одновременно воздушный бассейн служит средой, в которую выбрасываются отходы разнообразных производств и транспортных средств
Атмосфера выполняет важную защитную функцию, предохраняя организмы и земную поверхность от губительного воздействия космических факторов, чрезмерного нагревания и выхолаживания.В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов - как газообразных, так и в виде аэрозолей. Воздушный бассейн, особенно вблизи земной поверхности, постоянно насыщается большим или меньшим количеством неорганических и органических газов, паров и твердых частиц. В составе атмосферных загрязнителей преобладают газы. Среди них наиболее вредными являются окись углерода, окислы серы и азота, углеводороды, различные смолистые вещества
Каждое из загрязнений воздействует своим особым образом, однако все загрязнения оказывают влияние на некоторые основные процессы -морфологические, биохимические и физиологические процессы.

2.2 Характеристика основных загрязнителей воздуха

А. Диоксид серы

Среди серосодержащих техногенных эмиссий наиболее фитотоксична двуокись серы. Установлено, что SO2 является сильнодействующим ассимиляционным ядом. В тоже время SO2 является местным ядом, убивающим только те участки мезофилла листа, в которые он проник, не затрагивая, существенно, жизнедеятельность соседних участков мезофилла. Растений, абсолютно устойчивых к сернистому газу, как и к другим вредным промышленным отходам, практически нет. Растения, у которых участки повреждений составляют до 20 % общей площади листьев, относят к слабоповреждаемым. У среднеповреждаемых видов участки повреждений составляют до 50 % и у сильноповреждаемых - свыше 50 %. Более восприимчивыми к сернистому ангидриду оказались липа сердцелистная (Tilia cordata L.), клен остролистный (Acer platanoides L.), рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), черемуха обыкновенная (Padus racemosa (Lam.) Gilib.), смородина черная (Ribes nigrum L.) и другие.

Анатомические повреждения. При частых или постоянных воздействиях низких концентраций газов в тканях растений постепенно накапливаются токсичные соединения серы, под действием SO2 происходит уменьшение объема межклетников в губчатой ткани, усиленное развитие кутикулы, удлинение клеток палисадной ткани. Уменьшается объем клеток ассимиляционной паренхимы наряду с уменьшением толщины столбчатой, губчатой ткани и всего листа.

Морфологические повреждения. Это соединение адсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях, и оказывает на него вредное влияние. Обычно поражаются края листовой поверхности, а центральные зоны листа, примыкающие к осевой и главным боковым жилкам, остаются здоровыми. Появляются пятна на участках между жилками и краях листа. Потом эти участки приобретают желтый и красно-оранжевый цвет и отмирают. При длительном воздействии SO2 подавляется рост растений,отмирают верхушки побегов.

Б. Угарный и углекислый газы

Угарный газ малотоксичен для растений, но считается, что зеленые насаждения не способны очищать от нее атмосферу.Повышение концентрации CO2 в атмосфере, даже без учета глобального потепления, способно привести к значительному изменению структуры и функционирования экосистем, что скажется неблагоприятно на растениях.Удвоение концентрации CO2 в атмосфере влияет на древесные растения за счет:

снижения обмена веществ, через устьичный аппарат;

усиления фотосинтеза.

В большинстве случаев это приводит к усилению прироста деревьев и эффективности водопоглощения.

Морфология. Длительное выдерживание растений при высокой концентрации CO2 сопровождается увеличением площади и толщины листа, стимуляцией роста побегов второго порядка, усилением ветвления или кущения, увеличивается длина стеблей и корней, количество цветков, плодов и семян, возрастает доля корней и запасающих органов. Наблюдается увеличение продолжительности жизни, изменение времени смены фаз развития, увеличивается число клеток мезофилла и хлоропластов.

Биохимия. Исходя из физиологических особенностей, пользу от повышения CO2 могут извлечь С3-растения, к которым относятся практически все деревья. У С3-растений на первой стадии фиксации молекула CO2 связывается с рибулозодифосфатом, содержащим 5-углеродный сахар. В результате реакции, происходящей под действием фермента рибулозодифосфаткарбоксилазы, образуется короткоживущее нестабильное соединение, включающее 6-углеродный сахар. Оно распадается на два производных, которые содержат по три атома углерода – отсюда и название «С3-растения». При длительном воздействии на растение CO2, в условиях повышенной концентрации, фотосинтез снижается из-за избыточного накопления крахмала в хлоропластах.

2 .3 Биологические особенности рябины обыкновенной –Sorbus aucuparia L. (семейство розоцветные- Rosaceae) Родовое название Sorbus произошло от кельтского «терпкий», из-за терпкого вкуса плодов растения, а видовое aucuparia обозначает «ловящая птиц», от способности дерева заманивать птиц ягодами.Рябина обыкновенная- дерево средней величины с гладкой и серой корой. Листья очередные, непарноперистые с зубчатыми краями, в начале опушенные, затем голые. Цветки правильные по форме, белые, мелкие, душистые, похожи на цвет яблони, но собраны в густые щитки. Цветёт рябина в мае- июне. Плоды ягодообразные, шаровидные, красные, горьковатые, терпкие с сочной мякотью и тремя мелкими серповидноизогнутыми семенами. Вегетацию рябина начинает весной при среднесуточных температурах 6—7 oС, но зацветает в средней полосе во второй половине мая или в начале июня, когда угроза заморозков исключается. Побеги рябины рано кончают расти, ягоды хорошо вызревают. .По зимостойкости обыкновенная рябина занимает одно из первых мест среди древесных плодовых пород. Рябина светолюбива. Незначительное затенение она выносит, но нормального развития и плодоношения достигает только при полном солнечном освещении.

Большинство видов и культурных сортов рябины влаголюбивы, но избыточного увлажнения они не выносят.Рябина сравнительно хорошо растет на самых разнообразных почвах, но лучшие почвы для нее — легкие и средние суглинки

2.4 Химический состав рябины обыкновенной.

В плодах содержатся витамин С (до 160 мг%), флавонолы (150 - 229 мг%), катехины (114 - 412 мг%), антоцианы, каротиноиды: β-каротин (0,53 - 4,62 мг%), яблочная (2,01 - 2,70%), лимонная, винная, янтарная, виноградная кислоты; сахара: глюкоза (3,8%), фруктоза (4,3%), сахароза (0,7%), дубильные вещества (около 0,3%), значительное количество аминокислот (235,9 мг%), среди которых обнаружены цистин, цистеин, лизин, гистидин, аргинин, аспаргиновая кислота, глицин, α-аланин, тирозин и др. Горький вкус плодов обусловлен моногликозидом парасорбиновой кислоты (0,8%). По содержанию Р-активных веществ рябину можно поставить на одно из первых мест среди плодовох-ягодных культур. Листья рябины содержат витамина С и флавонолы. В цветках обнаружены различные группы каротиноидов. В семенах содержится 22% жирного масла, в коре найдены дубильные вещества.

 Глава 2. Практическая часть работы

2.1 Проведение практического исследования и оформление результатов исследования

Исследования проводили в августе-сентябре 2018 г. на территории с. Головчино Грайворонского района. Нами были исследованы растения рябины обыкновенной, произрастающие на улицах села, которые различались по степени загрязнения окружающейсреды, в следствии неравномерной автомобильной нагрузки:

Улица Смирнова

Парк-сад (улица Смирнова – Карла Маркса)

Улица Карла Маркса

Улица Жукова

Схема 1. Расположение улиц села Головчино

В каждом районе исследования с пяти близкорастущих деревьев, с южной
стороны, с нижней части кроны, на высоте 1,6 м, брали по 5 побегов текущего года (длиной 15 см), по 10 сложных листьев, по 50 плодов с каждого. Затем листья и плоды рябины обыкновенной были исследованы по морфологическим, биохимическим и анатомическим показателям.

Результаты проведенных исследований по перечисленным направлениям представлены на диаграммах №1-4 и таблице №1

А. Морфологические показатели:

Поражение краев листовой пластины

Для определения поражения краев листовой пластины рябины обыкновенной были исследованы образцы, взятые на различных улицах с. Головчино. Для этого с помощью лупы были рассмотрены края листовой пластины и зафиксированы количество и степень повреждения листа. Полученные результаты представлены на диаграмме №1

Диаграмма №1

Вывод: при анализе поражения краев листовой пластины рябины обыкновенной было установлено, что самая высокая степень поражения листьев (47%) отмечается по улице Карла-Маркса, а наименьшее в парк-саду (13%). Высокая степень поражения листьев рябины обыкновенной по улице Карла-Маркса объясняется высоким уровнем транспортной нагрузки.

Появление пятен между жилками

Для определения появления пятен между жилками листьев рябины обыкновенной были исследованы образцы, взятые на различных улицах с. Головчино. Для этого с помощью лупы были рассмотрены лисья рябины зафиксированы количество и степень повреждения жилок листа. Полученные результаты представлены на диаграмме №2

Диаграмма № 2

Вывод: при исследовании появления пятен между жилками листа было отмечено, что наибольшее количество пятен на листьях рябины, произрастающей на улицах Карла-Маркса и Жукова. Это объясняется близостью данных улиц в сахарному комбинату «Большевик», высокой транспортной нагрузкой, связаны с значительными автомобильными выбросами по улице Карла-Маркса. Наименьший показатель пятен между жилками (13%) отмечается на территории садово-паркого комплекса.

Средние показатели длины и ширины листовой пластины

Для определения средних показателей длины и ширины листовой пластины рябины обыкновенной были исследованы образцы, взятые на различных улицах с. Головчино. Для этого с помощью линейки были измерены длина и ширина листовой пластины. Полученные результаты представлены на диаграмме №3

Диаграмма № 3

Средние показатели длинны и ширины листовой платины

Вывод: при исследовании средних показателей длинны и ширины листовой пластины рябины обыкновенной было выявлено, что наибольшие показатели отмечены в образцах, собранных на улице Жукова(5,1см и 1,6 см) и в парк-саду (5,3см и 1,7 см) соответственно.

Показатели размеров и окраски плодов рябины обыкновенной

Для определения показателей размеров и окраски плодов рябины обыкновенной были исследованы образцы, взятые на различных улицах с. Головчино. Для этого визуально определили размеры и окраску плодов рябины. Полученные результаты представлены в таблице №1

Таблица №1

Место нахождения

Размер

Окраска

Улица Смирнова

Средние

Оранжевые

Парк-сад

Крупные

Оранжево-красные

Улица Карла Маркса

Средние

Оранжево-красные

Улица Жукова

Средние

Оранжевые

Вывод: наибольший размер плодов был отмечен у образцов, собранных в парк-саду, самые насыщенные по цвету оказались плоды, собранные на улице Карла-Маркса и в парк-саду.

Вес плодов рябины обыкновенной

Для определения веса плодов рябины обыкновенной были исследованы образцы, взятые на различных улицах с. Головчино. Для этого с помощью весов были взвешены плоды рябины. Полученные результаты представлены на диаграмме №4

Диаграмма № 4

Вес плодов рябины обыкновенной

Вывод: при измерении веса плодов рябины обыкновенной было выявленно, что наибольшеие показатели были отмеченны у растений, собранных на улице Жуков(50,36 г) и в парк-саду (50,56 г). Это объсняется тем, что данных территории менее подвержены действию антропогенной нагрузки и влиянию автотранспорта.

Фото 1-2. Определение веса подов рябины обыкновенной

Улица Смирнова

Парк-сад (улица Смирнова – Карла Маркса)

Улица Карла Маркса

4. Улица Жукова

Б. Биохимические показатели:

Определение химических показателей в плотах рябины обыкновенной Определение кислотности

Для определения кислотности раствора плодов рябины обыкновенной был использован универсальный индикатор. Индикаторная бумага была опущена в 4 пробирки с растворами плодов рябины, взятой из четырех улиц нашего села. Полученные результаты представлены в таблице№2

Таблица №2

Определение кислотности раствора плодов рябины

Улица Смирнова

Парк-сад

Улица Карла Маркса

Улица Жукова

5.5

5.0

6.0

5.0

Вывод: в данном растительном объекте- рябине обыкновенной, собранной в разных местах села Головчино, содержание кислотности различается. Наивысший показатель кислотности отмечен в плодах, взятых для анализа из Парк-сада и улицы Жукова.

Определение содержания витамина С в плодах рябины обыкновенной.

Для определения содержания витамина C в плодах рябины был использован метод пятна. Для этого к полученному раствору плодов рябины добавляли 8 мл воды, затем влили немного крахмального клейстера(1г крахмала на стакан воды). Затем по каплям добавляли 5 % раствор йода до появления устойчивого синего окрашивания, неисчезающего 10-15 секунд. Как только йод окислил витамин C, появится синее окрашивание. Для расчета содержания витамина C использовались следующие показатели: на 0.02 мл йода приходится 0,0176 мг витамина C (аскорбиновый кислоты). Полученные результаты представлены в диаграмме №5:

Диаграмма№5

Содержание витамина С в плодах рябины обыкновенной

Вывод: в ходе исследования было выявлено, что содержание витамина С в плодах рябины обыкновенной наибольшее на улице Смирнова и в парк-саду (по 1,584 г), наименьшее количество содержится в плодах собранных на улице Карла-Маркса и Жукова (по 0,704 г).

Определение содержания глюкозы в плодах рябины обыкновенной

Для определения содержания глюкозы в плодах рябины обыкновенной взяты из различных произрастания приготовили раствор плодов. Для этого 10 ягод рябины поместили в небольшую колбу и залили теплой водой, затем дали отстояться 15-20 минут для перехода растворимых сахаров в раствор. Затем отлили в пробирку 2 мл исследуемого раствора, добавили 2-3 капли CuSO4 и 1-2 капли NaOH. Затем пробирку подогрели и по интенсивности ярко-красного осадка определили содержание глюкозы. Полученные результаты представлены в таблице№3

Таблица №3

Содержание глюкозы в плодах рябины обыкновенной

Улица Смирнова

Парк-сад

Улица Карла Маркса

Улица Жукова

Выше среднего содержания глюкозы (красно-оранжевый осадок)

Высокое содержание глюкозы(яркий красно0оранжевый осадок)

Среднее содержание глюкозы(яркость осадка выражена нечетко)

Выше среднего содержания глюкозы (красно-оранжевый осадок)

Вывод: в ходе исследования было выявлено, что самое высокое содержание глюкозы, исходя из яркости осадка, было отмечено в плодах рябины собранных в парк-саду, выше среднего- на улицах Смирнова и Жукова, а средний показатель был выявлен в плодах с улицы Карла-Маркса.

Определение содержания дубильных веществ в плодах рябины обыкновенной

Для определения содержания дубильных веществв плодах рябины, взятых из различных мест произрастания, приготовили раствор плодов. Для этого 10 ягод рябины поместили в небольшую колбу и залили теплой водой, затем дали отстояться 15-20 минут для перехода растворимых сахаров в раствор. Затем отлили в пробирку 2 мл исследуемого раствора, добавили 2-3 капли FeCl3, по интенсивности зеленого окрашивания определили содержания веществ данной группы. Полученные результаты представлены в таблице№4

Таблица №4

Содержание дубильных веществ в плодах рябины обыкновенной

Улица Смирнова

Парк-сад

Улица Карла Маркса

Улица Жукова

Грязно- зеленое окрашивание

Яркое зеленое насыщенное окрашивание

Зеленое окрашивание

Зеленое окрашивание

Вывод: в ходе работы было выявлено, что высокое содержание дубильных веществ, исходя из яркости окрашивания, было отмечено в плодах рябинных с парк-сада, среднее содержание дубильных веществ- с улиц Жукова и Карла-Маркса, а наименьшее-с улицы Смирнова.

2.2 Выводы:

На основании проделанной исследователькой работы были определены следующие выводы:

Рябина обыкновенная является биоиндикатором, так как реагирует на изменение состава окружающего воздуха.

Анализморфометрических и биохимических показателей рябины обыкновенной, показал, что наибольшее количество газообразных автотранспортных выбросов зафиксировано на участке №3(улица Карла-Маркса), меньшее количество выбросов автотранспорта отмечается на участках №1(улица Смирнова) и №4(улица Жукова).

Наиболее чистый атмосферный воздух по данным растения-биоиндикатора (рябины обыкновенно) был зафиксирован на участке №2 (парк-сад с.Головчино).

Несмотря на кажущиеся благополучия, вопросы охраны атмосферного воздуха требует пристального внимания.

На основании полученных выводов разработаны следующие рекомендации:

Производить посадки из зеленых насаждений на границе между жилыми объектами и автотрассой.

На первом месте – тополь. Его можно смело назвать рекордсменом по пользе для окружающей среды. Широкие и клейкие листья этого дерева успешно задерживают пыль, фильтруют воздух. Кроме того, тополь быстро растет, активно набирает зеленую массу и увлажняет воздух вокруг. Кислорода, который выделяет одно взрослое дерево за сутки, хватит для дыхания 3 человек в течение этого же времени. Особым достоинством тополя является его неприхотливость и жизнестойкость. Он выживает вдоль автомагистралей и рядом с дымящими заводами.

Очень полезен в городских условиях каштан. Он почти так же неприхотлив, как тополь. При этом взрослое дерево за год очищает от выхлопных газов и пыли около 20 кубометров воздуха. Зеленым щитом от выхлопов могут стать вяз, сирень, шиповник и акация. Причем вязы своими широкими листьями удерживают в 6 раз больше пыли, чем тополя. Этим растениям не страшна городская пыль. Их можно сажать по обочинам автомагистралей в качестве зеленого щита против выхлопных газов. 

Хвойные деревья тоже полезны. Пусть они вырабатывают меньше кислорода, чем их лиственные собратья. Но при этом сосны, ели, лиственницы и туи выделяют в воздух полезные летучие вещества – фитонциды. Они обладают способностью убивать вредные микроорганизмы. Именно поэтому в хвойных лесах в два раза меньше бактерий, чем в лиственных. 

Осуществлять контроль за автомобильными выбросами, правилами прохождения технического осмотра автомобилей.

Осуществлять контроль за качеством автомобильного топлива.

Организовать проведение акции на территории Грайворонского городского округа «День без автомобиля».

3.Заключение

Наша атмосфера ежесекундно чувствует влияние действий всего человечества, страдает от этого и выходит из строя, что, в свою очередь, сказывается на нашем самочувствии и здоровье.

Поэтому загрязнение атмосферы — глобальная и масштабная проблема, которая касается каждого живущего на планете.

4.Список литературы:

Гетко, Н.В. Растения в техногенной среде: Структура и функция ассимиляционного аппарата / Н.В. Гетко. - Минск: Наука и техника, 1989. - 208 с.

Загрязнение воздуха и жизнь растений / Под ред. Майкла Трешоу. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 535 с.

Кунцевич, И.П. Ассортимент газоустойчивых древесно-кустарниковых растений / И.П. Кунцевич, Т.Н. Турчинская // Информационное письмо. Акад. коммун. хоз. им. К.Д. Памфилова - 1954. - №39. С. 12-15.

Габриелян, О.С., учебник для общеобразовательных учреждений «Органическая химия» Москва, издательство «Дрофа», 2017 г -230 с.

https://floristics.info/ru/stati/sad/3900-ryabina-posadka-i-ukhod-vidy-i-sorta.html

https://vseznam.ru/blog/kakie_derevja_ochishhajut_vozdukh_ot_virusov_i_bakterij/2013-08-10-592

https://1000sovetov.ru/article_zagryaznenie-atmosfery

Просмотров работы: 406