Учебный центр «Крисмас+»

Оценка стабильности морфогенеза листьев некоторых древесно-кустарниковых пород национального парка «Себежский» с помощью показателя флуктуирующей асимметрии»
Автор: Моисеев Алексей Витальевич, МБОУ «Псковский технический лицей», г. Псков, 11 класс
Научный руководитель: Хмелевская Ирина Акимовна, к.б.н., доцент кафедры ботаники и экологии растений ПсковГУ

Настоящая работа посвящена изучению флуктуирующей асимметрии листьев различных древесно-кустарниковых пород в лесах Себежского Национального Парка. Эта проблема является актуальной в связи с перспективами применения флуктуирующей асимметрии в системе биомониторинга.

Проведен сравнительный анализ флуктуирующей асимметрии листьев различных растений для оценки стабильности их развития в условиях национального парка «Себежский».

Для исследований были взяты растения, обладающие листовой пластинкой относительно правильной формы с достаточно ровным краем: яблоня домашняя, крушина ломкая, береза бородавчатая, тополь дрожащий и ольха черная. Определены значения флуктуирующей асимметрии, различия правой и левой половины листовой пластинки, % листьев исследуемых растений с различными отклонениями.

Выявлено, что наибольшей стабильностью морфогенеза листьев обладают крушина ломкая и береза бородавчатая. У всех исследованных растений значения флуктуирующей асимметрии находится в пределах нормы, что свидетельствует о благоприятных условиях их произрастания в условиях СНП.

Цель исследования: оценить стабильность морфогенеза листьев некоторых древесно-кустарниковых пород СНП с помощью показателя флуктуирующей асимметрии (ФА).

Задачи исследования:

Определить ширину листовой пластинки слева и справа от жилки в наиболее широкой ее части исследуемых растений.

Установить отклонения между левой и правой половинками листовой пластинки исследуемых растений.

Рассчитать величину ФА листьев как показателя стабильности морфогенеза.

Сравнить стабильность морфогенеза листьев различных древесно-кустарниковых пород СНП.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования являлись представители наиболее распространенных древесно-кустарниковых пород СНП, обладающие листовой пластинкой относительно правильной формы с достаточно ровным краем: ялоня домашняя – Malus domestica L., кушина ломкая – Frangula alnus Mill, береза бородавчатая - Betula pendula Roth, .Тополь дрожащий, осина- Populus tremula L,. ольха черная - Álnus glutinósa L.

Все перечисленные растения имеют четко выраженную двустороннюю симметрию, что является главным требованием метода.

Пробы листьев были взяты на территории кемпинга «Шкреды», вдоль лесной дороги, ведущей в Озерявки, а также на территории туристической базы «Озерявки». Выборка составила 100 листьев с каждого растения. Все измерения проводились в трехкратной повторности для каждого вида растения. Всего было измерено 1500 листьев.

Для определения ФА с помощью линейки измеряли ширину листовой пластинки слева и справа от центральной жилки в наиболее широкой части листа. Далее определяли разницу между левой и правой половинками каждого листа в мм, вычитая значения ширины правой стороны из значения левой стороны (l – r) и сохраняя при этом знаки (+) или (-) перед полученным значением. Вычисляли величину среднего различия сторон по формуле:

, где

M_d – среднее различие сторон в данной выборке, n – объем выборки (число измеренных листьев).

На следующем этапе работы по расчетам определяли разницу между реальным отклонением половинок каждого листа (d_l-r) и средним отклонением (M_d), возводили эту величину в квадрат () и рассчитывали сумму данных значений (). Для вычисления величины ФА использовали формулу:

, где

S_d²- величина дисперсии ФА, - объем выборки (Использование растений..., 2001).

Результаты исследования

Доля симметричных листьев является мерой онтогенетического гомеостаза и свидетельствует об отсутствии нарушения стабильности развития исследованного растения.

Сравнительный анализ величины ФА по каждому виду растения показал, что у всех изученных растений наблюдаются различия между левой и правой половиной листовой пластинки.

У крушины ломкой эти отличия изменяются от 0 до 5 мм, отклонения 4 и 5 мм встречаются единично (0,3 %). Незначительно отклонение и на 3 мм, как в правую, так и в левую сторону, 1,3 и 3,6 %, соответственно, что в сумме составляет 4,9 %. У 58,9 % исследованных листьев крушины ломкой отклонения правой и левой половины листа не превышают 1 мм. Реже встречаются отклонения на 2 мм - 22,3 %. В 13,3% случаев правая и левая половинки листа абсолютно симметричны.

У тополя дрожащего наблюдаются отклонения по ширине левой и правой половины листовой пластинки также от 0 до 5 мм, отклонения ширины листовой пластинки в правую и левую сторону на 5 мм отмечены в 1,6 % случаев, также незначительны отклонения на 4 мм (1,6 %). В 7,3 и 23,4 % случаев наблюдаются отклонения, соответственно, на 3 и 2 мм. Отклонение на 1 мм наблюдается у 54,6 % листьев. Только 11,7 % листьев имеют симметричные левую и правую половины листа.

Анализ ширины правой и левой половинок листьев у яблони домашней показал, что у 11,3 % исследуемых листьев яблони не наблюдалось отклонений, 52 % листьев имеют незначительные отличия левой и правой половины листа - на 1 мм. 25,7 % листьев имеют отклонение ширины между половинками листа на 2 мм, и небольшое количество листьев отличаются по изучаемому показателю на 4 и 5 мм, 2,3 и 0,6 %, соответственно (см. таблицу 3, рис. 8).

Сходная картина отмечена и для ольхи черной. Из 300 измеренных листьев единично встречено отклонение 4 и 5 мм (в сумме 1,6 %), для остальных листьев наблюдается отклонение ширины листа на 1 – 3 мм, как влево, так и вправо. Для 50 % листьев различие составляет 1 мм, для 30,7 % - 2 мм и 8 % - 3 мм. Для 9,7 % листьев ольхи черной между правой и левой половинами листовой пластинки различий нет. Более наглядно данная картина отражена на рисунке 9.

Береза бородавчатая в лесах СНП имеет листья, у которых левая и правая половинки отличаются, как и у вышеописанных растений, на 0 – 5 мм. Отклонение 4 и 5 мм встречается в 4% случаях от общего количества исследованных листьев (по 2 %). Большая часть отклонений (48,7 %) составляет 1 мм. На 2 мм отличаются половинки у 14 % листьев и на 3 мм - у 7,7 %. У 15,6 % листьев березы бородавчатой отличий по ширине между левой и правой половинками листовой пластинки не наблюдается.

Таким образом, большинство изученных растений имеют, как правило, незначительные отклонения ширины правой и левой половины листа. В среднем, 65% листьев не имеют отклонений или имеют отличия правой и левой половины на 1 мм. Имеющиеся отличия до 5 мм связаны, по-видимому, с различиями в световом режиме, так как неравномерное освещение ведет к увеличению поверхности листовой пластинки за счет разрастания левой или правой половины в зависимости от направления света.

Расчет флуктуирующей асимметрии листьев показал, что в среднем для исследованных растений полученные значения варьируют от 1,2 до 2,7 баллов. Полученные значения коэффициентов флуктуирующей асимметрии исследованных растений соответствуют относительно высокому качеству среды, когда отсутствует антропогенное загрязнение и какие-либо иные негативные факторы среды (Биологический контроль…, 2007).

Минимальные значения флуктуирующей асимметрии отмечены для крушины ломкой – 1,28 и березы бородавчатой – 1,48 баллов, наибольшие значения, соответственно, для яблони домашней – 2,73 и тополя дрожащего – 2,72 балла.

Проведенные исследования позволяют считать морфогенез листьев исследуемых растений достаточно стабильным. Наибольшей стабильностью морфогенеза листьев исследуемых растений в условиях СНП обладают крушина ломкая и береза бородавчатая.

Выводы

Все изученные растения имеют отклонения ширины левой и правой половины листовой пластинки от 1 до 5 мм. Большая часть листьев (>65%) имеет незначительное отклонение (1 мм) или не имеет отклонений вообще.

Флуктуирующая асимметрия листьев изученных растений варьирует от 1,28 до 2,73 баллов. Наибольшей флуктуирующей асимметрией обладает яблоня домашняя, наименьшей - крушина ломкая.

Наибольшей стабильностью морфогенеза листьев в условиях СНП обладают крушина ломкая и береза бородавчатая.

У всех исследованных растений значения флуктуирующей асимметрии находится в пределах нормы, что свидетельствует о благоприятных условиях их произрастания и чистоте природной среды в условиях СНП.

Систематическое наблюдение за параметрами морфологии листьев у изученных растений на территории национального парка "Себежский" позволит уловить тенденции различных изменений факторов среды.

Список литературы

1. Баранов С.Г. Изучение признаков для оценки флуктуирующей асимметрии листовой пластины липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) южной части Московской области / С.Г. Баранов //Фундаментальные медико-биологические науки и практическое здравоохранение: сб. науч. Трудов 1-й Международной телеконференции (Томск 20 января-20 февраля, 2010). – Томск: СибГМУ, 2010. – С. 43–46.

2. Баранов C.Г., Гавриков Д.Е. Сравнение методов оценки флуктуирующей асимметрии листовых пластин Betula pendula Roth./Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия «Биология, химия». Том 24 (63). 2011. № 2. С. 129-135.

3. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / О.П. Мелехова, Е.И. Егорова, Т.И. Евсеева и др.; под ред. О.П. Мелеховой и Е.И. Егоровой. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 288 с.

4. Гелашвили Д.Б. Структурные и биоиндикационные аспекты флуктуирующей асимметрии билатерально-симметричных организмов / Д.Б. Гелашвили, Е.В. Чупрунов, Д.И. Иудин // Журнал общей биологии. – 2004. – Т. 65, № 5. – С. 433–441.

5. Захаров В. М. 1987. Асимметрия животных (популяционно-феногенетический подход). М.: Наука, 216 с.

6. Захаров В.М. , Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г., Баранов А.С. Здоровье среды: Практика оценки. М.: Центр экологической политики России. 2000.

7. Ерофеева Е.А. Изменение некоторых биохимических и морфологических показателей листа Betula pendula roth. и Tilia cordata mill. при действии автотранспортного загрязнения в условиях аномально высоких температур воздуха//Тезисы докладов Всероссийского симпозиума «Экология мегаполисов: фундаментальные основы и инновационные технологии» и Школы для молодых ученых по экологической физиологии растений.– М.: Изд–во «Лесная страна» (электронное издание), 2011.- С.54.

8. Использование растений в экологическом мониторинге городов. Под редакцией Истомина А.В., Псков, ПГПИ, 2001 г.

9. Истомин А.В. Стабильность индивидуального развития и возможность использования показателей флуктуирующей асимметрии при оценке устойчивости экосистем// Проблема устойчивости экосистем: Тез. докл.всесоюзн. шк., Харьков,1990. С. 82-84.

10. Истомин А.В. Комплексная оценка биологического разнообразия охраняемых природных территорий лесной зоны// Проблема сохранения биоразнообразия Псковской области. Труд СПбОЕ, серия 6,т.1.СПб.: Издательство С.-Петербург. ун-та, 1998. С.7-13.

11. Кузнецов М.Н., Голышкин Л.В. Сравнительная характеристика особенностей флуктуирующей асимметрии листьев яблони в разных экологических условиях//Сельскохозяйственная биология, 2008, № 3, с. 72-77

12. Кряжева Н.Г., Чистякова Е.К., Захаров В.М. Анализ стабильности развития березы повислой в условиях химического загрязнения // Экология, 1996.-№6.- С. 441 - 444.

13. Сидорская В.А., Яшина О.В. Исследование индивидуальной изменчивости показателя стабильности развития березы повислой в условиях различного антропогенного воздействия//Актуальные проблемы лесного комплекса / Под ред. Е.А.Памфилова. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 13. Брянск: БГИТА, 2006. – С.242-244.

14. Солдатова В.Ю. Флуктуирующая асимметрия березы плосколистной (Betula platyphylla Sukacz.) как критерий качества городской среды и территорий, подверженных антропогенному воздействию (на примере Якутии): Автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.16 / В.Ю. Солдатова – Якутия, 2006. – 18 с.

15. Татаринова Т.А. Величина флуктуирующей асимметрии листьев березы повислой (Betula pendulaRoth.) – возможный индикатор качества городской среды /Т.А. Татаринова// Материалы Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов». Выпуск 4. – М.: Изд-во МГУ, 2000. – С. 71-72.

16. Тихонова Н.Г. Интегральная экспресс-оценка качества среды обитания живых организмов по флуктуирующей асимметрии листовой пластины березы повислой (Betula pendula)// Труды второго Санкт-Петербургского конгресса «Профессиональное образование, наука, инновации в ХХI веке» - С-Пб., 2008. С. 171-176.

См. также

Учебное оборудование, производимое и поставляемое ЗАО «Крисмас+» для исследования биоты

Путеводитель по выбору оборудования для учебно-исследовательских работ

Этот материал опубликован в Сборнике тезисов участников VIII Международного конкурса «Инструментальные исследования окружающей среды»