Оценка состояния городских пришкольных территорий по реакции пыльцы травянистых растений
Кончина Татьяна Александровна, кандидат биологических наук, доцент;
Яшина Ксения Олеговна, студент
Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского
(Арзамасский филиал)
В статье приводятся результаты исследования состояния пыльцы травянистых растений-палиноиндикаторов, изменение её фертильности и жизнеспособности на пришкольных участках города.
Ключевые слова: пыльца растений, жизнеспособность пыльцы, фертильность пыльцы, антропогенная нагрузка.
Сегодня большую роль играют наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванными антропогенным воздействием. Очень чувствительна к данным изменениям генеративная сфера растений [5]. Именно поэтому чаще всего используют простой и недорогой способ определения состояния окружающей среды с помощью живых организмов – биоиндикацию, в частности палиноиндикацию [3; 4].
Цель: оценить экологическое состояние среды вблизи городских школ путем исследования жизнеспособности и фертильности пыльцы растений – палиноиндикаторов.
Объекты исследования – пыльцевые зерна растений – палиноиндикаторов: чистотела большого (Chelidónium május), марьянника дубравного (Melampýrum nemorósum), тимофеевки луговой (Phleum pratense), клевера белого (Trifolium repens), зверобоя продырявленного (Hypéricum perforátum), земляники лесной (Fragariavesca), фиалки трехцветной (Víolatrícolor), пырея ползучего (Elytrígia répens), кипрей узколистного (Epilóbium angustifolium), пастушьей сумки (Capsélla búrsa-pastóris), цикорий обыкновенного (Cichórium íntybus), подорожника большого (Plantágo májor), лютика едкого (Ranunculus ácris), лапчатки гусиной (Potentilla anserina).
Пыльцу для исследования собирали с четырех пришкольных участков в городе Арзамасе. Было интересно изучить влияние окружающей среды на генеративную сферу растений, т.к. именно она у всех организмов, в том числе и у человека наиболее чувствительна к внешним воздействиям [1]. Подобное исследование было проведено с древесными растениями на тех же территориях школ и результаты были схожими [5].
В качестве контроля использован пришкольный участок Мухтоловская СОШ №1, расположенный в северной части поселка, далеко от железнодорожных путей. Рядом со школой находится автомобильная дорога местного значения, в 400 м – небольшая лесопосадка с прудом и озером. Участок №1 – МБОУ «Гимназия» г. Арзамаса
Расположена около жилых домов, рядом с находятся гаражи. Участок №2– МОУ СОШ №14 находится в юго-восточной части города, на окраине. Вблизи проходит автотрасса с высокой транспортной нагрузкой, параллельно которой тянется ЛЭП; в радиусе примерно 1,5-х км расположены Арзамасский машиностроительный завод (АМЗ) и Арзамасский приборостроительный завод (АПЗ). Участок №3 – МОУ СОШ №15 располагается на улице с высоким транспортным потоком, на которой находится АМЗ. Недалеко от школы стоит телевышка, высотой 192 м – мощный источник электромагнитного излучения.Участок №4 – МОУ СОШ №58 находится на обочине автодороги с высокой транспортнойнагрузкой, сбоку от нее располагается виадук, по которому осуществляется движение на Н. Новгород. Параллельно фасаду школы, на расстоянии 200 – 400 м проходят железнодорожные пути.
Для определения фертильности пыльцы использовался ацетокарминовый метод [6]. Жизнеспособность пыльцы определяли с помощью изатинового реактива [2]. Достоверность различий между контрольным и опытными вариантами оценивали с помощью критерия Стьюдента на 5% -ном уровне значимости, используя программу «Biostat».
Исследование показало, что большая часть растений реагирует на изменения окружающей среды снижением оплодотворяющей способности и жизнеспособности пыльцы.
Установлено, что жизнеспособность пыльцы кипрея узколистного по сравнению с контролем (60,2%) достоверно ниже во всех опытных вариантах. В районе школы №14 разница между контрольными и опытными показателями составляет 4,3%, в районе гимназии – 6,2%, с территорией СОШ №15 – уже 10,4%, и наконец, наибольшая разница отмечена в районе СОШ №58 – 11,3% (рис. 1). Также, различия выявлены между жизнеспособностью пыльцы чистотела большого, выросшего на контрольном участке (57,9%) и всеми экспериментальными площадками. Разница между вариантами существенна и составляет для территорий, прилегающих к СОШ №14 9%, для гимназии – 11%. Максимальное снижение жизнеспособности пыльцы наблюдается в районе школы №15 – 14,1% и школы №58 – 17,1% (рис. 1).
Между жизнеспособностью пыльцы подорожника большого контрольного варианта (58,4%) и участка гимназии (46,1%) выявлены различия, составившие 12,3%, в районе школы №14 – 9,3%, школы СОШ №15 – 14,7% и максимальное снижение зарегистрировано на участке №58 – 18,9%.
Рис. 1. Зависимость жизнеспособности пыльцы травянистых растений от района исследования
Жизнеспособность марьянника дубравного на исследуемых территориях резко отличается от контроля (56,4%). Разница с СОШ № 14 составляет 9,6 %, с гимназией – 11,2%, с СОШ № 15 – 14,1% и наибольшая разница с СОШ № 58, она составляет 17,1%. Между жизнеспособностью тимофеевки луговой контрольного варианта (64,3%) и территории школы №14 (55,1%) выявлены различия, составляющие 9,2%, в районе гимназии – 10,7%, СОШ №15 – 13,2%, и наибольшие различия зафиксированы в районе СОШ №58 – 14,4%. Показано, что жизнеспособность пыльцы клевера белого по сравнению с контролем снижена в районе СОШ №15 на 14,5%, СОШ №14 – на 15,3%, СОШ №58 – на 15,5%, на территории гимназии разница в показателях максимальна и составляет 17,2%. Чуть меньше обнаружены различия в жизнеспособности пыльцы у зверобоя продырявленного. Меньше всего от контроля отличается СОШ №14, различия составляют 9,2%, чуть больше – гимназия, разница – 12,3% и СОШ №15, различия составляют 12,7%. Максимальные различия жизнеспособности пыльцы зверобоя с СОШ №58.
Различия выявлены между жизнеспособностью пыльцы земляники лесной, выросшей на контрольном участке (57,8%) и всеми экспериментальными площадками. Разница между вариантами существенна и составляет для территорий, прилегающих к СОШ №14 – 5%, для гимназии – 8,3%. Максимальное снижение жизнеспособности пыльцы наблюдается в районе школы №58 – 11,3% и школы №15 – 9,5%. Существенно различается и жизнеспособность пыльцы фиалки трехцветной от контрольного участка (58,4%). Разница на территории СОШ №14 составляет 7,8 %, гимназии – 11%, СОШ №15 – 12%, и самая большая разница на территории СОШ №58 – 13,7%. Достоверные различия выявлены между жизнеспособностью пыльцы пырея ползучего, выросшего на контрольном участке (59,3%) и всеми экспериментальными площадками. Разница между вариантами существенна и составляет для территорий, прилегающих к СОШ №14 – 5,6%, для гимназии – 8,8%. Максимальное снижение жизнеспособности пыльцы наблюдается в районе школы №58 – 10,4% и школы №15 – 9,5%.
Выявлены различия в жизнеспособности пыльцы пастушьей сумки. По сравнению с контролем (59,5%), жизнеспособность на территории СОШ №14 меньше на 5,3%, гимназии – 8,1%, и минимальна она около СОШ №15, где разница составляет 10,2% и СОШ №58 – 11,2%. Эксперимент показал, что максимально снижает свою жизнеспособность пыльца цикория обыкновенного вблизи школ №15 и №58 (11,4% и 13,3% соответственно), рядом с гимназией и СОШ №14 разница в жизнеспособности пыльцы составляет 10,8% и 8,8% соответственно.
Рис. 2. Зависимость жизнеспособности пыльцы травянистых растений от района исследования
Показано, что жизнеспособность пыльцы лютика едкого по сравнению с контролем достоверно ниже во всех опытных вариантах. В районе школы №58 разница между контрольными и опытными показателями составляет 11,5%, в районе СОШ № 15 – 13,3%, с территорией СОШ №14 – уже 13,7%, и наконец, наибольшая разница отмечена в районе гимназии – 16 %. Различия жизнеспособности пыльцы лапчатки гусиной по сравнению с контрольным участком составляют 2,2% в районе школы №58 – 5,3 % около СОШ №15 – 6,4 % в районе гимназии 6,4% и 8% на территории СОШ № 14.
Установлено, что фертильность пыльцевых зёрен изучаемых видов травянистых растений в пределах г. Арзамаса имеет сходные показатели. У пыльцы, собранной в поселке, наблюдается более высокий процент фертильности, т.к. данный участок испытывает минимальную антропогенную нагрузку (рис. 2).
Изучение пыльцы чистотела большого позволило установить существенное повышение стерильности пыльцы в опытных вариантах. В районах школ №15 и №58 фертильность ниже контроля (98,7%) на 22,9% – 25,1%, рядом с гимназией она снижена на 9%, а возле СОШ №14 – на 12,4%.
Рис. 3. Зависимость фертильности пыльцы травянистых растений от района исследования
Марьянник дубравный на условия среды в районе гимназии и СОШ №14 реагирует снижением фертильности пыльцы на 7,9 – 8,9%, в окрестностях СОШ №15 и №58 различия более существенны: 20% – 22,1% соответственно. Резкое снижение фертильности пыльцы также наблюдается у тимофеевки луговой на 19,8% – 19,7% рядом со школами №15 и №58, тогда как в районах гимназии и СОШ №14 эти показатели равны 9% – 10,8%. Пыльца клевера белого по сравнению с контролем снижает свою фертильность на 15,9% – 18,2% в районах с высокой антропогенной нагрузкой (СОШ №15 и №58), в несколько раз меньше снижение этого показателя в окрестностях школ №14 и гимназии.
Стерильность зверобоя продырявленного повышается по сравнению с контролем (98,5%) у гимназии и СОШ №14 – на 9,1% и 11,2% и у СОШ №58 и СОШ №15 – на 22,6% и 19,9% соответственно. Показано, что фертильность земляники лесной отличается от контроля на 5,1% и 8% с территорий гимназии и СОШ №14, и на 19,7% и 24,8% – с участка СОШ №15 и СОШ №58 соответственно.
Фертильность фиалки трехцветной снижается относительно контрольного показателя (96,8%) на 5,6% около гимназии, 9,4 % около СОШ № 14. Разница с СОШ № 15 уже составляет 20,5%, но наибольшая разница с СОШ № 58, и она составляет 22,6%.
Пырей ползучий на условия среды в районе гимназии и СОШ №14 реагирует снижением фертильности пыльцы на 6,5 – 7,2% , в окрестностях СОШ №15 и №58 различия более существенны: 17,5% – 16% соответственно. Резко снижается фертильность у кипрея узколистного на территориях СОШ №15 и СОШ 58 на 18,6% и 25% в отличии от контрольного (98,5%) и около гимназии и СОШ № 14 на 8,2% и 7,1% соответственно.
Рис. 4. Зависимость фертильности пыльцы травянистых растений от района исследования
Существенно отличается от контроля оплодотворяющая способность у пастушьей сумки – на 4,9% у СОШ №14, на 5,4% около гимназии и на 15,9% и 18,9% у СОШ №15 и СОШ №58. Пыльца цикория обыкновенного по сравнению с контролем снижает свою фертильность на 19,1% – 18,2% в районах с высокой антропогенной нагрузкой (СОШ №15 и №58), немного меньше снижение этого показателя происходит в окрестностях школ №14 и гимназии. Также наблюдаются большие различия в фертильности подорожника большого на контрольном участке и гимназии (10,6%),в контроле и около СОШ №14 – 10,4%. Стерильность лютика едкого выше контроля на 10,8% и 15,5% на участках СОШ №15 и СОШ №58. Фертильность лапчатки гусиной отличается от контроля на 9,7% в районе СОШ №14, на 11% у гимназии, на 14,6% около школы №15, и самая большая разница отмечена у школы № 58, она составляет 22,3%.
Итак, все исследуемые растения реагируют на антропогенное воздействие города увеличением доли стерильной пыльцы. Из исследованных видов наиболее чувствительной оказалась пыльцы у марьянника дубравного и чистотела большого. Показано, что наиболее сильно снижается качество пыльцевых зерен изученных видов растений в районах школ № 15 и № 58 , что говорит о сильном антропогенном влиянии на городскую среду.
Литература:
- Бессонова В.П. Влияние загрязнения окружающей среды на мужскую фертильность декоративных цветочных растений / В.П. Бессонова, Л.М. Фендюр, Т.Н. Пересыпкина // Ботанический журнал. – 1997. – Т. 82. № 5. – С. 38-45.
- Биотехнология растений. Культура клеток. – М.: Агропромиздат, 1989. – 59 с.
- Ервандян С.Г. Об использовании микрогаметофитного поколения в семействе розоцветных (ROSACEAEJUSS) для биоиндикации природной среды в Армении / С.Г. Ервандян, А.А. Небиш, Е.Г. Симонян // Экология. – 2005. – № 4. – С. 75-81.
- Кончина Т.А. Организация биоиндикационных исследований загрязнения окружающей среды по реакции пыльцы цветковых растений / Т.А. Кончина, А.В. Марина, Л.В. Вершинина // Биология в школе – 2010. – №9. – С. 43-48.
- Кончина Т.А. Оценка состояния городских пришкольных территорий с помощью палиноиндикации / Т.А. Кончина, К.О. Яшина // Молодой ученый. – 2014. – № 21.1 (80.1).– С. 279-283.
- Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Агропромиздат, 1988. – 148 с.
- Сероглазова Н.Г. Индикация чистоты окружающей среды по состоянию пыльцы растений, произрастающих в дельте р. Волги / Н.Г. Сероглазова, Н.М. Бакташева // Вестник МГОУ. Естественные науки. – 2012. – №1. – С. 65-69.
