Фітоіндикація навколишнього середовища за допомогою голонасінних рослин

     ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

     ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

     МІНІСТЕРСТВА  ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ 
 
 
 
 

     ІНДИВІДУАЛЬНА РОБОТА

     з фітоіндикації

     «Фітоіндикація навколишнього середовища за допомогою голонасінних рослин» 
 
 
 
 
 
 

     Виконав:

     Студент I курсу

     Біологічного  факультету

     Групи 4160-1

     Стрельбицький В. В.

     Перевірила:

       Фендюр Людмила Михайлівна 
 

     Запоріжжя

     2011

     План:

1. Вступление
2. Основная часть

1. Краткая характеристика отдела Голосеменные

2. Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов
3. Хвойные в качестве индикаторов окружающей среды

3. Выводы

4. Список литературы

 

Вступление

     Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндикацию и биотестирование.

     Методами  биоиндикации и биотестирования определяется присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя по наличию или состоянию определенных организмов, наиболее чувствительных к изменению экологической обстановки, т.е. обнаружение и определение биологически значимых антропогенных нагрузок на основе реакции на них живых организмов и их сообществ. Таким образом, применение биологических методов для оценки среды подразумевает выделение видов животных или растений, чутко реагирующих на тот или иной тип воздействия. Методом биоиндикации с использованием подходящих индикаторных организмов в определенных условиях может осуществляться качественная и количественная оценка (без определения степени загрязнения) эффекта антропогенного и естественного влияния на окружающую среду.

     Проблема  сохранения окружающей среды в настоящее  время концентрирует на себе внимание исследователей всего мира. Стремительный  рост народонаселения, увеличение площадей орошаемого земледелия, а также урбанизация  и индустриализация привели к  небывалому использованию природных  ресурсов. За последние годы увеличился объем загрязнений, которые попадают в водохранилища от сельского  хозяйства - отходы животноводства, птицеводства, предприятий, которые перерабатывают сельскохозяйственное сырье, и т.п. В связи с усилением антропогенной  нагрузки, испытываемой природными комплексами, становится необходимой разработка методик, позволяющих оценивать  экологическое состояние природно-антропогенных  сред. Поэтому проблема развития различных  мониторинговых подходов в системе  экологического контроля и управлении качеством окружающей среды сегодня наиболее актуальна.

     Так как все компоненты природы тесно  и неразрывно взаимосвязаны между  собой, то нарушения одного компонента вызывает изменение состояния всех остальных. Оценивая состояния одного, можно предполагать и изменения  других. Наиболее остро изменения  окружающей природной среды отражаются на биотических компонентах  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Краткая характеристика отдела Голосеменные

     Первые  голосеменные появились в конце  девонского периода около 350 млн. лет  назад; вероятно, они произошли от древних папоротниковидных, вымерших в начале каменноугольного периода. В мезозойскую эру — эпоху  горообразования, поднятия материков  и иссушения климата — голосеменные достигли расцвета, но уже с середины мелового периода уступили свое господствующее положение покрытосеменным.

     Отдел современных голосеменных насчитывает  более 700 видов. Несмотря на относительно малую численность видов, голосеменные завоевали почти весь земной шар. В умеренных широтах Северного  полушария они на огромных пространствах  образуют хвойные леса, называемые тайгой.

     Современные голосеменные представлены преимущественно  деревьями, значительно реже — кустарниками и очень редко —лианами; травянистых  растений среди них нет. Листья голосеменных значительно отличаются от других групп  растений не только по форме и размерам, но и по морфологии и анатомии. У  большинства видов они игловидные (хвоя) или чешуевидные; у отдельных  представителей они крупные (например, у вельвичии удивительной их длина  достигает 2—3 м), перисторассеченные, двулопастные и др. Листья располагаются  поодиночке, по два или несколько  в пучках.

     Подавляющее большинство голосеменных — вечнозеленые, одно- или двудомные растения с  хорошо развитыми стеблем и корневой системой, образованной главным и  боковым корнями. Расселяются они  семенами, которые формируются из семязачатков. Семязачатки голые (отсюда название отдела), расположены на мегаспорофиллах  или на семенных чешуях, собранных  в женские шишки.

     В цикле развития голосеменных наблюдается  последовательная смена двух поколений  — спорофита и гаметофита с  господством спорофита. Гаметофиты сильно редуцированы, причем мужские  гаметофиты голо- и покрытосеменных  растений не имеют антеридиев, чем  резко отличаются от всех разноспоровых  бессеменных растений.

     Голосеменные  включают шесть классов, два из которых  полностью исчезли, а остальные  представлены ныне живущими растениями. Наиболее сохранившейся и самой  многочисленной группой голосеменных является класс Хвойные, насчитывающий  не менее 560 видов, образующих леса на обширных пространствах Северной Евразии  и Северной Америки. Наибольшее число  видов сосны, ели, лиственницы встречается  у побережий Тихого океана.

     По  своему значению в биосфере и роли в хозяйственной деятельности человека хвойные занимают второе место после  покрытосеменных, далеко превосходя все  остальные группы высших растений.

     Они помогают решать огромные водоохранные и ландшафтные задачи, служат важнейшим  источником древесины, сырья для  получения канифоли, скипидара, спирта, бальзамов, эфирных масел для  парфюмерной промышленности, лекарственных  и других ценных веществ. Некоторые  хвойные культивируются как декоративные (пихты, туи, кипарисы, кедры и др.). Семена ряда сосен (сибирской, корейской, итальянской) употребляются в пищу, из них также получают масло.

     Представители других классов голосеменных (саговниковые, гнетовые, гинкговые) встречаются значительно  реже и менее известны, чем хвойные. Однако почти все виды саговниковых декоративны и пользуются широкой  популярностью у садовников многих стран. Вечнозеленые безлистные невысокие  кустарники эфедры (класс гнетовых) служат источником сырья для получения  алкалоида эфедрина, который применяется  как средство, возбуждающее центральную  нервную систему, а также при  лечении заболеваний аллергического характера.

 

     Особенности использования растений в качестве биоиндикаторов

     С помощью растений можно проводить  биоиндикацию всех природных сред. Индекаторные растения используются при  оценке механического и кислотного состава почв, их плодородия. Увлажнения и засоления, степени минерализации  грунтовых вод и степени загрязнения  атмосферного воздуха газообразными  соединениями, а также при выявлении  трофических свойств водоемов и  степени их загрязнения поллютантами. Например, на содержание в почве  свинца указывают виды овсяницы; цинка - виды фиалки, ярутки; меди и кобальта - смолевки, многие злаки и мхи.

     Чувствительные  фитоиндикаторы указывают на присутствие  загрязняющего вещества в воздухе  или почве ранними морфологическими реакциями - изменением окраски листьев (появление хлорозов; желтая, бурая  или бронзовая окраска), различной  формы некрозами, преждевременным  увяданием и опадением листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направление  роста побегов или изменение  плодовитости. Подобные реакции обычно неспецифичны.

     Некоторые естественные факторы могут вызывать симптомы, сходные с антропогенными нарушениями. Так, например, хлороз листьев  может быть вызван недостатком железа в почве или ранним заморозком. Поэтому при определение морфологических  изменений у растений необходимо учитывать возможность действия других повреждающих факторов.

     Индекаторы  другого типа представляют собой  растения-аккумуляторы. Они накапливают  в своих тканях загрязняющее вещество или вредные продукты метоболизма, образуемые под воздействием загрязняющих веществ, без видимых изменений. При превышении порога токсичности  ядовитого вещества для данного  вида проявляются различные ответные реакции, выражающиеся в изменении  скорости роста и длительности фенологических фаз, биометрических показателей и, в конечном счете, снижение продуктивности.

     Получить  точные количественные данные о динамике и величине стрессовых воздействий  на основе морфологических изменений  невозможно, но можно довольно точно  определить величину потерь продукции  и, имея график зависимости «доза - эффект», рассчитать величину стрессового воздействия.

     Б. В. Виноградов классифицировал индикаторные признаки растений как флористические, физиологические, морфологические  и фитоценотические. Флористическими  признаками являются различия состава  растительности изучаемых участков, сформировавшихся вследствие определенных экологических условий. Индекаторное значение имеет как присутствие, так и отсутствие вида. К физиологическим  признакам относятся особенности  обмена веществ растений, к анатомо-морфологическим  признакам - особенности внутреннего  и внешнего строения, различного рода аномалий развития и новообразования, к фитоценотическим признакам - особенности  структуры растительного покрова: обилие и рассеянность видов растений, ярусность, мозаичность, степень сомкнутости.

     Очень часто в целях биоиндикации используются различные аномалии роста и развития растения - отклонение от общих закономерностей. Гигантизм и карликовость многие исследователи считают уродствами. Например, избыток в почве меди вдвое уменьшает размеры калифорнийского  мака, а избыток свинца приводит к карликовости смолевки. В целях  биоиндикации представляют интерес  различные деформации растений (представлено на рисунке 3).

     а. фасциация - лентовидное уплощение  и сращение стеблей, корней и цветоносов;

     б. махровость цветков, в которых тычинки  превращаются в лепестки;

     в. пролификация - прорастание цветков  и соцветий;

     г. асцидия - воронковидные, чащевидные и  трубчатые листья у растений с  пластинчатыми листьями;

     д. редукция - обратное развитие органов  растений, вырождение;

     е. нитевидность - нитчатая форма листовой пластинки;

     ж. филлодий тычинок - превращение их в  плоское листовидное образование 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Хвойные в качестве индикаторов окружающей среды

     Индикаторные растения могут использоваться как для выявления отдельных загрязнений воздуха, так и для оценки общего состояния воздушной среды.

     Факт  исключительно высокой радиочувствительности  хвойных древесных пород был  отмечен во многих исследованиях  зарубежных и российских ученых. Так, на территории Восточно-Уральского радиоактивного следа (ВУРС) сосна погибла на участке  с плотностью радиоактивного загрязнения  более 6,7 * 10¹⁴ Бк/км² (поглощенные дозы 30 - 40 Гр). Сосна по радиочувствительности близка к человеку (LD₅₀ = 20 Гр), поэтому она является одним из основных природных тест-систем в радио- и общеэкологических исследованиях.

     Радиационные  эффекты оцениваются по следующим  критериям: гибель и восстановление деревьев; сроки восстановления; морфологические  изменения хвои и побегов; количественные характеристики (радиальный и вертикальный прирост, масса и размер хвои и  побегов). Репродуктивная способность  оценивается по изменчивости семян.