Влияние техногенного загрязнения на некоторые биологические характеристики рудеральных растений
Кончина Татьяна Александровна, кандидат биологических наук, доцент;
Гузнищева Мария Вячеславовна, студент
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
(Арзамасский филиал)
В статье рассматриваются вопросы, связанные с изменением морфологических параметров листьев и фертильности пыльцы некоторых рудеральных растений от техногенной нагрузки. С увеличением техногенного воздействия на окружающую среду уменьшается длина и ширина листьев, снижается фертильность пыльцы.
Ключевые слова: техногенное воздействие, морфологические параметры листа, вариационная кривая, кривая нормального распределения, фертильность, крапива двудомная, лопух большой, цикорий обыкновенный,щавель конский.
Постоянно возрастающее производство и потребление с каждым годом увеличивает загрязнение окружающей среды, что требует усиления контроля над ее состоянием.Являясь продуцентами и занимая первый трофический уровень, растения осуществляют взаимосвязь всех живых организмов биосферы, они первыми сталкиваются с негативным влиянием техногенного загрязнения и реагируют на него [4].
Загрязненная среда обитания вследствие техногенной деятельности человека вызывает многообразные адаптации организмов, позволяющие им выживать в измененных условиях. Объекты биоценоза выступают как накопители, перераспределители и фильтры на пути потока химических элементов в биосферном круговороте вещества и энергии, из которого растения не могут выйти и подвергаются воздействиям на территории обитания. Стремясь повысить сопротивляемость к антропогенным стрессорам, растения модифицируют метаболические процессы, изменяется жизнеспособность семенного потомства, увеличивается крупность семян [2].
Целью исследования явилось установление зависимости изменения морфологических параметров листьев и фертильности пыльцы некоторых рудеральных растений от техногенной нагрузки. Для реализации поставленной цели решались задачи: определить ширину и длину листьев, фертильность пыльцы некоторых рудеральных растений в условиях техногенного стресса.
Объекты исследования: крапива двудомная (Urticadioica, L.), лопух большой (Arctiumlappa, L.), цикорий обыкновенный (Cichoriumintybus, L.),щавель конский (Rumexconfertus, Willd.). Материал был собран на 5-ти участках с разной техногенной нагрузкой: участок № 1 – Кремницкая свалка ТБО без системы дренажа и отвода жидкости, расположенная в Бутурлинском районе Нижегородской области; участок № 2 – полотно железной дороги р.п. Бутурлино; участок № 3 – овраг, примыкающий к Арзамасскому заводу коммунального машиностроения (Коммаш); участок № 4 – территория, прилегающая к Арзамасскому машиностроительному заводу (АМЗ). В качестве контроля был выбранаопушка смешанного леса, площадью 200 м2 с серой лесной почвой, расположенная в Бутурлинском районе. Собранную пыльцу сорных растений цикория обыкновенного и лопуха большого исследовали на фертильность методом окрашивания ацитокармином [3].Оценка достоверности значений проводилась методом вариационной статистики с использованием t-критерия Стьюдента в условиях достоверной вероятности, равной 95%, программой Excel.
В результате проведенного исследования установлено, что длина и ширина листа лопуха большого на всех опытных участках меньше контрольных значений, что свидетельствует о сложившихся неблагоприятных условиях произрастания (рис. 1).
Так, образцы, собранные вблизи Арзамасского машиностроительного завода (АМЗ)были достоверно мельче, чем в контроле и отличались на 2 см по длине и на 2,9 см по ширине листа. Листья лопуха, выросшие около завода коммунального машиностроения (Коммаш), на 2,7 см короче контрольных и на 2,2 см уже. Образцы, собранные возле полотна железной дороги, отличаются от контрольных значений на 3 см и 1,7 см соответственно. Листья лопуха со свалки ТБО отличались отконтрольных не столь значительно, разница по длине составила 1,3 см и 1 см по ширине.
Рис.1. Зависимость изменения длины и ширины листа лопуха большого от техногенной нагрузки
Аналогичные данные были получены в результате исследования длины и ширины листа крапивы двудомной (рис. 2). Размеры листьев крапивы двудомной, собранной вблизи АМЗ, отличаются от контроля по длине на 2,1 см и на 1,4 см по ширине. Образцы, которые произрастали на территории, прилегающей к заводу Коммаш, меньше контроля соответственно на 2,6 см и 1,6 см.Листья крапивы с железнодорожной насыпи отличались меньшими размерами на 2 – 2,2 см.
Материал, собранный на поселковой свалке, меньше контрольных значений на 1,5 см по длине листа и 1,1 см по ширине.
Рис. 2. Зависимость изменения длины и ширины листа крапивы двудомной от техногенной нагрузки
Проведя статистический анализ длины и ширины листьев лопуха большого и крапивы двудомной, нами были построены вариационные кривые по разным районам исследования (рис.3, 4, 5, 6). Вариационные кривые, построенные по контрольным значениям, имеют одновершинный характер, соответствуют кривым нормального распределения исследуемых признаков – вершины кривых лежат в пределах средних значений признаков. Это указывает на наиболее стабильные и благоприятные условия произрастания растений на данной территории. Вариационные кривые, построенные по значениям морфологических признаков листа опытных участков, имеют отклонения от средних данных, что свидетельствует о неблагоприятных условиях для произрастания растений в исследуемых районах.
Характер кривых, построенных по длине и ширине листа лопуха большого, на основе данных опытных участков, имеют двухвершинный характер, пики которых расположены во 2 и 5 классах. Наибольшее отклонение от средних значений имеют кривые, построенные по данным опытных участков, расположенных в районах АМЗ, Коммаш и железной дороги, что свидетельствует о высоком техногенном воздействии на окружающую среду. В меньшей степени наблюдается отклонение от средних значений у растений, произрастающих на свалке.
Рис.3. Вариационные кривые длины листа лопуха большогоот техногенного воздействия
Рис.4. Вариационные кривые ширины листа лопуха большогоот техногенного воздействия
Аналогичные данные были получены в результате статистической обработки длины и ширины листа крапивы двудомной (рис.5, 6). Кривые, построенные по опытным участкам, имеют резкий спад средних значений исследуемых параметров и пики лежат в пределах 1 и 4 классов, что свидетельствует о неблагоприятных условиях произрастания крапивы двудомной на данных территориях.
Рис.5. Вариационные кривые длины листа крапивы двудомной от техногенного воздействия
Рис.6. Вариационные кривые ширины листа крапивы двудомной от техногенного воздействия
Для изучения влияния антропогенных воздействий на репродуктивную сферу растений изучалась пыльца цикория обыкновенного и лопуха большого (рис. 3).
Показано, что пыльца цикория обыкновенного и лопуха большого теряет свою оплодотворяющую способность по мере увеличения антропогенного стресса. Наименьшая фертильность пыльцы данных растений наблюдается в районе железной дороги (69,9% у цикория и 68,3% у лопуха), что на 26,6% меньше контроля.
Пыльца, собранная на территории, прилегающей к АМЗ, имеет фертильность меньше контроля у цикория обыкновенного на 23,6% и на 23% у лопуха большого. Фертильность пыльцы цикория и лопуха, собранных в овраге возле завода Коммаш, меньше контрольных значений на 24,4 % и 24,6% соответственно. Пыльца, собранная с растений, выросших на свалке, отличается от контроля на 16,6% (цикорий обыкновенный) и 14% (лопух большой).
Рис.3. Изменение фертильности растений в зависимости от места произрастания
Итак, в стрессовых техногенных условиях наблюдается снижение морфологических и репродуктивных показателей пыльцы рудеральных растений.
Выводы. 1). Установлено, что длина и ширина листьев лопуха большого и крапивы двудомной, произрастающих на опытных участках меньше контрольных значений, что свидетельствует о неблагоприятных условиях. 2). Антропогенное загрязнение окружающей среды негативно влияет на репродуктивную сферу цикория обыкновенного и лопуха большого, снижая фертильность пыльцы. 3). Из исследованных участков г. Арзамаса и Бутурлинского района наибольшее антропогенное воздействие испытываюттерритории, расположенные в районе железнодорожного полотна ипредприятий машиностроительной отрасли.
Литература:
- Кончина Т.А. Возможности использования качества пыльцы растений в биоиндикации водоемов // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. – 2014. –№ 06(65). – Ч.1. – С. 67-69.
- Кончина Т.А. Изучение влияния техногенного воздействия на семенную продуктивность растений / Т.А. Кончина, М.В. Гузнищева // Молодой ученый. – 2014. – № 21-1 (80). – С. 275-279.
- Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Агропромиздат, 1988. –148 с.
- Цаценко Л.В. Пыльцевой анализ в селекции / Л.В. Цаценко, А.С.Синельникова // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – 2012. – №03(77) [Электронный ресурс]. – URL: http://ej.kubagro.ru/2012/03/pdf/09.pdf (дата обращения: 21.02.2015).
