Одуванчик лекарственный — биологический индикатор состояния природной среды



Природа в городе и его ближайшем окружении подвергается серьёзному испытанию.

Будучи местами концентрации автотранспорта, энергетики, строительства, промышленности, населения, города являются источниками антропогенных загрязнений воздуха, почвы, поверхностных и подземных вод.

Воздействие человека на городскую среду привело к тому, что она начала терять свою возможность естественного самовосстановления. Именно поэтому в последнее время на первый план при формировании пространства выдвигается принцип экологической устойчивости как одно из условий гармонизации городской среды. Одним из актуальных направлений научного поиска становится экологическая индикация — определение свойств и направления изменений природных экосистем по обитающим в данных условиях организмам. Для практического её использования необходимо накопление большого количества сведений о состоянии сообществ и экосистем. В нашем случае, за экосистему будет принята пришкольная территория, которая является для детей своеобразной экологической нишей, с которой они неразрывно связаны, и где они проводят несколько лет своей жизни. Создание нормальных условий для жизнедеятельности, без ущерба для здоровья, невозможно без знаний об экологических факторах, воздействующих на молодой организм.

Высокая степень воздействия негативных антропогенных факторов закономерно приводит к ослаблению растительности, преждевременному старению, снижению продуктивности, поражению болезнями.

Для оценки состояния природной среды используются различные биоиндикационные методы. В качестве биологического индикатора нами выбран одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale). Одним из важнейших источников экологической информации являются рецентные пыльцевые зёрна растений вследствие высокой чувствительности мужской генеративной системы растений к неблагоприятным факторам внешней среды. Как показали исследования, гаметопатогенный риск в условиях экологического неблагополучия существует не только для растений, но и для животных, человека, при этом растения раньше, чем животные, реагируют на смену условий среды обитания (1).

О состоянии окружающей среды можно судить также по цвету семянок. Чем сильнее загрязняется экосистема, тем выше доля семянок со светлой окраской, а в менее загрязнённых — с желтой и оливковой окраской.

Практическая значимость: проведение исследований фертильности пыльцевых зёрен и пигментации семянок одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale), произрастающего на пришкольных территориях города Ханты-Мансийска, позволит контролировать степень повреждающего действия аэрополлютантов и будет способствовать планированию и проведению непрерывного озеленения территорий, что уменьшит экологическую нагрузку на людей.

Цель работы: определение состояния окружающей среды в микрорайонах средних общеобразовательных школ города Ханты-Мансийска с помощью одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale).

Гипотеза: верно ли, что антропогенная нагрузка приводит к снижению качества пыльцы и семянок одуванчика лекарственного в микрорайонах средних общеобразовательных школ города Ханты-Мансийска.

Объект исследования — одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale) в ценопопуляциях, находящихся на пришкольных участках средних общеобразовательных школ города Ханты-Мансийска.

Предмет исследования — фертильность/стерильность пыльцевых зёрен и пигментация семянок одуванчика лекарственного.

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования сформулированы следующие задачи:

1. Определить влияние техногенного загрязнения на пыльцу и качество семянок одуванчика лекарственного.
2. Дать сравнительную характеристику экологической обстановке территорий пришкольных участков средних общеобразовательных школ города Ханты-Мансийска по фертильности/стерильности пыльцы и качеству (по пигментации) семянок одуванчика лекарственного.
3. Информировать общественность о результатах исследования путём распространения печатных материалов экологической направленности.

Новизна работы: получены новые данные, позволяющие проследить последствия воздействия аэрополлютантов на природную среду исследованных пришкольных территорий.

Материалы иметоды исследования

Характеристика объекта исследования

Одуванчик лекарственный (Taraxacumofficinale)

1. Систематика.

Вид: Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg).

Род: Одуванчик (Taraxacum) — 70 видов.

Семейство: Сложноцветные (Asteraceae).

Порядок: Спайнолепестные (Teichiospermae sympetalae).

Класс: Двудольные (Dicotyledoneae).

Отдел: Покрытосеменные (Angiospermotophyta).

Подцарство: Побеговые пестичные (Cormobionta gynoeciatae).

Растение представлено двумя морфологическими формами (T. off. f. dahlstedtiiLindb. fil.) и (T. off. f. pectinatiformeLindb. fil.).

Методика исследования:

1. В период массового цветения (начало I декады июня) у 20 растений были собраны цветочные корзинки в солнечную, сухую погоду, находящиеся в одной фазе цветения, для дальнейшего анализа фертильности и жизнеспособности пыльцы.

В лабораторных условиях проведен анализ пыльцы на определение фертильности. Для определения жизнеспособности пыльцы использовали йодную методику (йодный раствор готовили по рецепту Грама). В основе его лежит определение крахмала при помощи йодной реакции. Стерильные и фертильные пыльцевые зёрна окрашиваются по-разному. Количественные показатели исследуемых объектов определялись как частота встречаемости фертильных или стерильных пыльцевых зёрен, выражаемая в процентах от общего количества исследуемой пыльцы. Подсчёт окрашенных пыльцевых зёрен проводили на биологическом микроскопе Микромед — Эврика при увеличении 10*40.

2. Использовали качественные признаки (цвет плодов) одуванчика для оценки состояния его ценопопуляций. В качестве фенов у одуванчика рассматривали типы окраски семянок. Сбор плодов одуванчика лекарственного осуществляли в начале июля (I декада июля). Плоды собирали в сухую погоду, хранили в бумажных пакетах при комнатной температуре в сухом месте. В каждой ценопопуляции проводили анализ пигментации семян одуванчика лекарственного (1000 шт.). Определяли процентное соотношение семян, отличающихся по цвету (светлых к норме).

Результаты исследования иих краткий анализ

Материал был собран и обработан с восьми опытных участков исследования, находящихся на территориях средних общеобразовательных школ города Ханты-Мансийска:

– ценопопуляция № 1 — МБОУ СОШ № 1 (ул. Комсомольская, 38);

– ценопопуляция № 2 — МБОУ СОШ № 2 (ул. Луговая, 15);

– ценопопуляция № 3- МБОУ СОШ № 3 (ул. Калинина, 24);

– ценопопуляция № 4 — МБОУ СОШ № 4 (ул. Анны Коньковой, 8);

– ценопопуляция № 5 — МБОУ СОШ № 5 (ул. Свердлова, 27);

– ценопопуляция № 6 — МБОУ СОШ № 6 (ул. Рознина, 27);

– ценопопуляция № 7 — МБОУ СОШ № 8 (ул. Гагарина, 133А);

– ценопопуляция № 8- МБОУ «Гимназия № 1" (ул. Ямская, 6).

Улицы имеют разную транспортную нагрузку.

Характеристика опытных участков

МБОУ СОШ № 3 и СОШ № 1 располагаются на улицах с очень оживленным транспортным потоком, где идёт интенсивное загрязнение воздуха выхлопными газами. На территории каждого учебного учреждения есть защитная зелёная полоса, в состав которой входит берёза, рябина.

МБОУ СОШ № 2 находится в 135 м от пересечения улиц Свободы и Луговая. Территория школы богата разнообразной древесно-кустарниковой растительностью.

МБОУ СОШ № 4 находится во дворах жилых многоэтажных домов. Вблизи проходит автотрасса (107 м) с большой транспортной нагрузкой. Неподалёку от учебного заведения находится АЗС «Иртышнефтепродукт» (229 м) и идёт строительство жилого дома.

МБОУ СОШ № 5 расположено во внутриквартальной территории и защищёно от ближайших дорог жилыми домами. Пришкольная территория характеризуется низким озеленением.

МБОУ СОШ № 6 окружено жилыми домами. Растительность на пришкольной территории скудная. Вблизи (2 м) находится автодорога с регулярным движением.

МБОУ СОШ № 8 находится в 131 м от автотранспортной дороги с регулярным, интенсивным движением. Крупных промышленных предприятий рядом нет. На территории школы есть защитная зелёная полоса из берёз, рябины, ели.

МБОУ «Гимназия № 1» защищено многоэтажными жилыми зданиями. За детским учебным учреждением находится природный парк «Самаровский чугас». В 2 м от образовательного учреждения проходит дорога с низкой автотранспортной нагрузкой.

В качестве контроля использован «условно чистый» участок, расположенный вдали от автомобильной трассы и предприятий города Ханты-Мансийска в 1 км от деревни Шапша (ценопопуляция № 9).

Исследование показало, что:

1. Загрязнение окружающей среды аэрополлютантами вызывает снижение количества нормальных пыльцевых зёрен в соцветиях одуванчика лекарственного. Полученные результаты по окрашиванию пыльцы представлены в таблице (Табл. 1).

Таблица 1

Показатель фертильности пыльцевых зёрен одуванчика лекарственного

Опытные участки	Количество исследованных пыльцевых зёрен, шт.	Количество фертильных пыльцевых зёрен, шт.	Количество стерильных пыльцевых зёрен, шт.	Содержание фертильных/ стерильных пыльцевых зёрен в%
МБОУ СОШ № 1	1207	1026	181	85/15
МБОУ СОШ № 2	1189	1085	104	91,3/8,7
МБОУ СОШ № 3	1115	934	181	83,7/16,3
МБОУ СОШ № 4	1119	1002	117	89,5/10,5
МБОУ СОШ № 5	1104	999	105	90,5/9,5
МБОУ СОШ № 6	1125	1009	116	89,7/10,3
МБОУ СОШ № 8	1101	987	114	89,6/10,4
МБОУ «Гимназия № 1	1096	1003	93	91,5/8,5
Контрольный участок	1211	1167	44	96,4/3,9
Итого	10267

Пыльца, собранная на территории Гимназии № 1 и СОШ № 2, обладает более высокими фертильными свойствами (91,5 % и 91,3 % соответственно), большим накоплением запасных питательных веществ и физиологически активных соединений, поэтому она обладает большей оплодотворяющей способностью.

Фертильных пыльцевых зёрен одуванчика лекарственного меньше на территориях школы № 5 (90,5 %), № 6 (89,7 %), № 8 (89,6 %), № 4 (89,4 %). Показатели фертильности пыльцы одуванчика лекарственного снижены на территории школы № 1 (85 %) и № 3 (83,7 %). Тогда как контрольная проба, отобранная в экологически чистом районе, содержит 96,4 % фертильной пыльцы. Отклонения не столь значительные, тем не менее, они существуют.

2. В каждой ценопопуляции провели анализ пигментации семян одуванчика лекарственного и определили процентное соотношение семян, отличающихся по цвету (светлых к норме) (Табл. 2).

Таблица 2

Пигментное соотношение,%

Опытные участки	Цвет семянок
	светлые,%	норма,%
МБОУ СОШ № 1	29	71
МБОУ СОШ № 2	19	81
МБОУ СОШ № 3	33	67
МБОУ СОШ № 4	24	76
МБОУ СОШ № 5	23	77
МБОУ СОШ № 6	22	78
МБОУ СОШ № 8	22	78
МБОУ «Гимназия № 1"	17	83
Контрольный участок	12	88

На основе данных таблицы построена диаграмма «Нормальная пигментация семян». Из неё видно, что в контрольном районе количество аномально пигментированных семянок одуванчика лекарственного ниже по сравнению с опытными участками. Чуть выше уровень аномально окрашенных семянок ценопопуляций МБОУ «Гимназия № 1" и МБОУ СОШ № 2.

С ростом антропогенной нагрузки увеличивается доля аномально окрашенных семян растений, собранных на территории школы № 1 и № 3.

Основные выводы

Проведя разовые наблюдения за растениями одуванчика лекарственного, произрастающего в 8 точках с различным уровнем воздушного загрязнения города Ханты-Мансийска, мы смогли сделать следующие выводы:

1. Наиболее неблагоприятная экологическая обстановка складывается около образовательных учреждений, находящихся вблизи автомобильных магистралей с интенсивной автотранспортной нагрузкой. Естественный репродуктивный потенциал одуванчика лекарственного в полной мере не реализуется на территории СОШ № 3 (16,3 %) и СОШ № 1 (15 %). При повышенной антропогенной нагрузке достоверно увеличивается количество стерильной пыльцы и падает её способность накапливать крахмал. Минимальное количество стерильной пыльцы обнаружено в соцветиях одуванчика, собранных на территории Гимназии № 1 (8,5 %) и СОШ № 2 (8,7 %). У пыльцы, собранной на контрольном участке в 1 км от города Ханты-Мансийска, наблюдается более низкий процент стерильности (3,9 %), т. к. данный участок испытывает минимальную антропогенную нагрузку.
2. Известно, что с ростом загрязнения увеличивается доля аномально окрашенных семян (5), что позволило нам выделить ценопопуляции, находящиеся на территории МБОУ СОШ № 3 (33 %) и МБОУ СОШ № 1 (29 %) как подверженные наибольшему влиянию антропогенного фактора. Семена Taraxakum officinale pectinatiforme, взятые с территории МБОУ «Гимназия № 1" (17 %) и МБОУ СОШ № 2 (19 %), пигментированы не значительно. Самый низкий уровень пигментации у семянок одуванчика лекарственного, собранных с контрольного участка (12 %).

Рекомендации:

1. У одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale) прослеживается чёткая закономерность изменения качества пыльцевых зёрен и пигментация семянок при усилении степени техногенной нагрузки, поэтому показатель фертильности/стерильности пыльцы у данных травянистого растения можно рекомендовать как информационный для биомониторинга состояния городской среды.
2. Для уменьшения вредного воздействия загрязняющих веществ целесообразно окружать детские учреждения зелёными насаждениями, выполняющими важнейшие средозащитные и средообразующие функции.

Литература:

1. Дзюба О. Ф. Палиноиндикация качества окружающей среды /Всерос. нефт. науч.-исслед. геологоразвед. ин-т. — СПб.: Недра, 2006.
2. Определитель растений Ханты-Мансийского автономного округа [Электронный ресурс] / Под ред. И. М. Красноборова. — Екатеринбург: Баско, 2008.
3. Жуйкова Т. В., Позолотина В. Н., Безель В. С. Разные стратегии адаптации растений к токсическому загрязнению среды тяжелыми металлами (на примере Taraxacum officinale s. l.) // Экология. 1999 № 3 С. 189–196.
4. Евсеева Т. И., Гераськин С. А., Фролова Н. П., Храмова Е. С. Использование природных популяций Taraxacum officinale Wigg для оценки состояния техногенно нарушенных территорий. // Экология, 2002, № 5, с. 393–396.