Изменчивость — широко распространенное явление в живой природе, характерное для животных, растений, грибов, бактерий и вирусов. Все организмы, в том числе и люди, подвержены разным типам изменчивости.

Сам термин «изменчивость» у разных авторов трактуется по-разному. Зеленева Ю. В. и др. под изменчивостью понимает различия между особями [1]. Тиходеев О. Н. считает, что понятие изменчивости нельзя трактовать однозначно, так как оно имеет несколько разных смыслов (это и наблюдаемое разнообразие, и конкретные изменения организма, и даже всеобщее свойство живых организмов претерпевать изменения) [5]. Инге-Вечтомов С. Г. уверен, что общая теория биологической изменчивости до сих пор отсутствует [3]. В нашем же исследовании мы будем придерживаться мнения Литвицкого П. Ф. о том, что «изменчивость» — это свойство организма приобретать новые признаки и особенности индивидуального развития, отличающиеся его от родительских [4].

В школе на изучение понятия «изменчивость» отводится всего два урока в 10 классе с выполнением лабораторной работы (на базовом уровне) [6]. Углубленный уровень позволит более подробно осветить проблемы изменчивости, так как в 10 классе на эти темы отводится шесть уроков[7].

На наш взгляд, такого количества времени на изучение этой сложной темы недостаточно, поэтому задачей дополнительного образования является расширение и углубление знаний, умений и навыков детей. Для детального знакомства обучающихся с изменчивостью нами были выбраны растения рода «клевер». Во-первых, это растение хорошо известно, а во-вторых, на клевере, как идеальном модельном объекте, прекрасно можно показать практически все типы изменчивости на разных уровнях (морфологическом и анатомическом). Клевер — универсальное растение, благодаря чему изменчивость можно изучать, используя только его сложные листья.

В исследовательской работе перед нами стояла цель углубить и расширить знания обучающихся о такой сложной теме, как «Изменчивость организмов», через исследование изменчивости живых организмов на примере рода «Клевер». Наша исследовательская работа обеспечивает всестороннее рассмотрение данного вопроса на разных уровнях организации организма растений, так как изменчивость — понятие очень широкое и характеризуется множеством особенностей. Некоторые из них будут подробно рассмотрены в данной статье.

Вся исследовательская работа проводилась в несколько этапов.

На первом этапе исследования перед нами стояла задача выявления видов клевера, произрастающих на территории ГБУ ДО КК ЭБЦ. Эту задачу мы решили вместе с обучающимися и выявили четыре вида клевера: (рис. 1).

Рис. 1. Виды клевера, произрастающие на территории государственного бюджетного учреждения дополнительного образования Краснодарского края «Эколого-биологический Центр»

На этом же этапе перед нами стояла еще одна задача: исследование изменчивости листьев клевера. Говоря об изменчивости клевера, необходимо рассмотреть уровни организации, на которых можно изучать его изменчивость (схема на рис. 2).

Рис. 2. Уровни организации изучения изменчивости клевера

Рассмотрим более подробно каждый из уровней организации изучения изменчивости клевера и участия обучающихся в данном исследовании.

На втором этапе совместно с обучающимися мы решали задачу определения популяционно-видового уровня клевера. Популяционно-видовой уровень характеризуется особыми свойствами: анализ проводится на группе организмов по какому-либо признаку и изучается одновременно вся совокупность особей. Для такой работы нами были выбраны особенности фенотипов — седого пятна — на листовых пластинках клевера. Фенотипы — четко различающиеся варианты какого-либо признака. Для оценки степени негативного влияния человека разработано множество методик, и одна из них — это соотношение фенотипов клевера, так как форма седого рисунка и частота его встречаемости является индикатором загрязнения среды обитания [9]. Всего в нашем исследовании было установлено 19 фенотипов , найденных у 244 растений клевера в Краснодарском крае, и неоценимый вклад в это исследование внесли обучающиеся Эколого-биологического Центра г. Краснодар (рис. 3).

Рис. 2. Работа обучающихся ГБУ ДО КК ЭБЦ по выявлению фенотипов клевера, произрастающего в г. Краснодаре

Работа обучающихся в данном направлении позволила выявить фенотипы клевера, которые мы отобразили на рисунке 4.

Рис . 4. Количество растений с разными фенотипами клевера

Как видно из рисунка 4, самый распространенный фенотип — № 1 (99 растений); — следом идет фенотип № 2 (52 растения), № 13 (33 растения) и № 8 (18 растений); распространенные фенотипы выявлены у 202 растений . На рисунке 5 показаны распространенные фенотипы клевера.

Рис . 5. Распространенные фенотипы клевера

На рисунке 5 представлены часто встречающиеся фенотипы клевера. Остальные фенотипы представлены у 42 растений, в том числе: — фенотипы под номерами № 3 (8 растений), № 7 и 11 (по 7 растений) и № 6 и 12 (по 5 растений) составляют вторую группу из менее распространенных фенотипов; — редкие фенотипы под № 4, 5, 10, 14 (каждый по 2 растения); — очень редкие фенотипы — встречаются один раз — под № 9 и 15 (по одному растению).

На рисунке 6 представлены редко встречающиеся фенотипы клевера.

Рис. 6. Редко встречающиеся фенотипы клевера

Как видно из рисунка 6, изменчивость окраски седого пятна на листьях клевера хорошо заметна и её учёт не требует какого-либо оборудования и серьёзных исследований.

Следующий этап исследования был направлен на рассмотрение о рганизменного уровня клевера. На организменном уровне можно изучать особенности строения разнообразных органов: корня, цветка, плода, стебля и т. д. Так как целью нашей работы было изучение листа клевера, то мы остановились на исследовании мутаций — уродств листа. Появление уродств — тератов — это крайнее проявление нормальной изменчивости организмов [8]. Глобальное влияние человека на флору приводит к возникновению ответных реакций: появляются аномальные уродства с крупными нарушениями строения или условно нормальные с менее резкими нарушениями внешнего вида. В связи с этим, некоторые исследователи [1, 8, 9] считают, что на сегодняшний день происходит так называемое «антропогенное» видообразование. Мы определили, что лист клевера может иметь следующие виды уродств (рис. 7).

Рис. 7. Виды уродств листа клевера

В процессе нашего исследования вместе с обучающимися было выявлено множество изменений в форме сложного листа клевера. Некоторые тератные формы показаны на рисунке 8.

Рис. 8. Тератные формы клевера

Из рисунка 8 мы видим, что лист клевера подвержен различным изменениям, появляются разные необычные формы.

На следующем этапе мы рассмотрели органный уровень клевера. Этот тип исследования подразумевает использование микроскопа и изготовление срезов. Согласно исследованиям ученых, анатомическое строение основных органов растения (корень, стебель и других) относительно постоянно, однако строение черешка отличается видовой специфичностью [3]. Данные петиолярной анатомии (анатомии листового черешка) с успехом используются не только для определения видов, относящихся к одному роду, но и для таксономии (для решения спорных вопросов систематики). В связи с этим, совместно с обучающимися мы провели исследование среза черешков клевера лугового и клевера ползучего (рис. 9).

Рис. 9. Срез черешка клевера лугового и клевера ползучего

Как видно из рисунка, в норме у клевера содержится от 5 до 7 проводящих пучков, в зависимости от вида. Тератные же формы клевера имеют другое строение черешка и количество проводящих пучков (рис. 10).

Рис. 10. Срез черешка клевера с четырьмя и пятью листочками

Как видно на рисунке 10, число пучков меняется: в четырехлистном клевере их уже восемь, а в пятилистном — десять.

В исследовании клеточного уровня обучающиеся пришли к выводу, что в процессе развития листовой пластинки возможны такие отклонения, как появление абортированных устьиц. Такие устьица отличаются от нормально развитых размером и формой. Другой разновидностью изменчивости устьичного аппарата является наличие сдвоенных (парных) устьиц [2, 3] (рис. 11).

Рис. 11. Сдвоенные парные устьица

Нормальные устьица имеют овальную форму, правильное очертание (не искривленные, не имеющие полулунную форму и т. д.) и хорошо выполняют свою функцию. Изменённые устьица плохо справляются с транспирацией (охлаждение листа), поэтому такой лист служит показателем загрязнения окружающей среды.

Таким образом, в результате проведенной исследовательской работы обучающиеся получили следующие знания и умения: — работать в полевых условиях (аптекарский огород, дендрарий, органический сад); — определять разные виды клевера на территории Эколого-биологического Центра и города Краснодар; — находить тератные формы и понимать причины уродств листьев; — работать с цифровым микроскопом и делать анатомические срезы разных органов растений; — изучать изменчивость листьев растений, на примере клевера.

Результаты работы позволили сделать следующие выводы: — нормальное строение листа зависит от антропогенной нагрузки; — фенотипы клевера показывают различный уровень влияния человека на территории г. Краснодара; — анатомическое строение органов растений — листьев — зависит от состояния окружающей среды.

Благодаря такой кропотливой работе на разных уровнях жизни живых организмов, в частности клевера, у обучающихся сложилось правильное понимание изменчивости, причин её возникновения и диагностики антропогенного влияния на природу.

Литература:

1. Зеленева Ю. В., Глушковская Н. Б., Дмитричева Л. Е. Биология. Учебное пособие в 2 частях. Часть II /Ю. В. Зеленева, Н. Б. Глушковская, Л. Е. Дмитричева. — Санкт-Петербург: РГГМУ, 2022–144 с.
2. Инге-Вечтомов С. Г. Проблема изменчивости: феноменология и механизмы //Вавиловский журнал генетики и селекции, том 17, № 4/2, 2013, с. 791–804.
3. Куркин В. А., Акушская А. С., Рыжов В. М., Тарасенко Л. В., Топоркова П. Д. Петиолярная анатомия в рамках анатомо-морфологического исследования перспективного лекарственного сырья — травы женьшеня //Рациональное питание, пищевые добавки и биостимуляторы. 2014, № 4. с. 26–27.
4. Литвицкий П. Ф. Наследственность, изменчивость и патология //Вопросы современной педиатрии, том 11, № 3, 2012, с. 18–27.
5. Тиходеев О. Н. Изменчивость и ее формы: дифференциальный подход // Труды Зоологического института РАН, том 322, № 2, 2018, с. 158–201.
6. Федеральная рабочая программа. Биология, 10–11 классы (базовый уровень), М.: 2025.
7. Федеральная рабочая программа. Биология, 10–11 классы (углублённый уровень), М.: 2025.
8. Цаценко Л. В. К вопросу о методике изучения тератных форм растений //Научный журнал Куб ГАУ, № 183 (09), 2022, с. 1–10.
9. Чукаева Н. В., Клетикова Л. В. Оценка состояния окружающей среды с помощью фенотипического индикатора//Успехи современного естествознания, № 7, 2010, с. 30.