Оценка состояния городских пришкольных территорий с помощью палиноиндикации

В статье приводятся результаты исследования состояния мужской генеративной сферы растений-палиноиндикаторов, изменения фертильноти и жизнеспособности пыльцы на пришкольных участках города.

Ключевые слова: пыльца растений, жизнеспособность пыльцы, фертильность пыльцы, антропогенная нагрузка, Betula Pendula, Salixfragilis, Acernegúndo, Pópulusálba.

Abstract. In the article the results of research on the status of the male generative sphere plants paginainicial, changes fertility and viability of pollen on the school sites of the city.

Keywords:pollen, pollen viability, pollen fertility, human pressure, BetulaPendula, Salix fragilis, Acer negúndo, Pópulusálba.

В настоящее время актуальными являются наблюдения за изменениями состояния окружающей среды, вызванные антропогенными причинами. В первую очередь на стрессовые воздействия среды реагирует репродуктивная сфера организмов [5], условия выращивания растений оказывают влияние на состояние пыльцевых зерен, их жизнеспособность [1]. Показано, что под действием промышленных и транспортных выбросов, сбросов в водоемы образуется большое количество стерильных пыльцевых зерен[5,7,8]. Палиноиндикациюможно использовать для оценки состояния окружающей среды [3; 4].

Цель нашей работы: оценить экологическое состояние городской среды по качеству пыльцевых зерен древесных растений и выявить наиболее чувствительные палиноиндикаторы путем исследования жизнеспособности и фертильности пыльцы.Объекты исследования – пыльцевые зерна растений-палиноиндикаторов: берёзыповислой(BetulaPendula), ивы ломкой(Salixfragilis), клёна американского(Acernegúndo),тополя белого(Pópulusálba).

Материал был собран и обработан с четырех опытных участков исследования, находящихся на пришкольных территориях города Арзамаса. Было интересно проанализировать состояние среды именно в районе школ города, расположенных на территориях, испытывающих антропогенную нагрузку. Репродуктивнаясистема человека, как неоднократно указывалось многими исследователями, чувствительна к воздействию внешней среды [9]. А формирующийся организм подростков особенно чувствителен к данным воздействиям.

·                    В качестве контроля использован участок смешанного леса в Ардатовском районе, расположенный вдали от автомобильной трассы и промышленных предприятий.

·                    МБОУ «Гимназия» г. Арзамаса располагается во дворах жилых домов в центре города, за ней находятся гаражи.

·                    МОУ СОШ №14находитсяв юго-восточной части города,на окраине. Вблизи проходит автотрасса с большой нагрузкой автотранспорта, параллельно которой тянется ЛЭП, в радиусе примерно 1,5 км расположены Арзамасский машиностроительный завод и Арзамасский приборостроительный завод.

·                    МОУ СОШ №15 располагаетсяна улицес очень оживленным транспортным потоком, на ней находится машиностроительный завод. Недалеко от школы стоит телевышка, высотой 192 м – мощный источник электромагнитного излучения.

·                    МОУ СОШ №58располагается на обочине автодороги с высоким транспортным потоком, а сбоку от нее тянется автомобильный мост, по которому осуществляется движение на Нижний Новгород. Параллельно фасаду школы, примерно на расстоянии 200 – 400 м проходят железнодорожные пути.

Для определения фертильности пыльцы (оплодотворяющей способности) использовали ацетокарминовый метод[6]. Фертильные зерна окрашиваются в ярко-красный цвет, а стерильные остаются бесцветными. Жизнеспособность пыльцы (способность мужского гаметофита к росту на соответствующих тканях пестика) определяли с помощью изатинового реактива или пролин-теста. Жизнеспособная пыльца реагирует с изатином и окрашивается в интенсивно темно-синий цвет, а нежизнеспособные пыльцевые зерна остаются бесцветными[2].Достоверность различий между контрольным и опытными вариантами оценивали с помощью критерия Стьюдента на 5% -ном уровне значимости, используя программу «Biostat».

В результате проведенных нами исследований было установлено, что ряд древесных растений в ответ на воздействие стрессирующих факторов городской среды реагирует снижением жизнеспособности и фертильности пыльцы.

Показано, что жизнеспособность пыльцы березы повислой по сравнению с контролем достоверно ниже во всех опытных вариантах за исключением СОШ №14. В районе гимназии разница между лесными и опытными показателями составляет 2,7%, в районе СОШ №15 – уже 5,6%, и наконец, наибольшая разница отмечена в районе СОШ №58 – 8%(табл. 1).

Таблица 1

Жизнеспособность пыльцы деревьев в исследуемых районах г. Арзамаса, %

*Р ≤ 0,05; **Р ≤ 0,005 ***Р ≤ 0,001

Достоверные различия выявлены между жизнеспособностью пыльцы ивы ломкой, выросшей на контрольном участке (58,0%) и всеми экспериментальными площадками (табл. 1, рис.1). Разница между вариантами существенна и составляет для территорий, прилегающих к СОШ №14 – 4,6%, для гимназии – 6,3%. Максимальное снижение жизнеспособности пыльцы наблюдается в районе школы №15 – 10% и школы №58 – 9,3%.

Рис. 1. Зависимость жизнеспособности пыльцы деревьев от района исследования

Между жизнеспособностью пыльцы клена американского контрольного варианта (54,9%) и участка гимназии (47,8%) выявлены различия, составившие 7,1%, в районе школы №14 – 10,8%, школы №58 – 9,3%, и максимальное снижение зарегистрировано на участке СОШ №15 – 11,1%. Эксперимент показал, что максимально снижает свою жизнеспособность пыльца тополя белого вблизи школ №15 и №58 (14,7% и 16,6% соответственно), рядом с гимназией и СОШ №14 разница в жизнеспособности пыльцы составляет 8,8% и 10,4% соответственно.

Итак, все четыре вида древесных растения имеют максимальные показатели жизнеспособности пыльцы в лесу, на контрольном участке (рис. 2). Минимальнаяжизнеспособность пыльцы отмечена у клёна американского – 54,9%, средняя – у ивы ломкой и тополя белого (58%) и максимальная– у березы повислой(60,1%). Наименьшие значения этого показателянаблюдались в районах СОШ № 15 и СОШ №58. Самым чувствительным палиноиндикатором среди изученных оказался тополь белый, у которого зафиксировано наиболее значительное изменение качества пыльцевых зерен в этих вариантах опыта.

Рис. 2. Жизнеспособность пыльцы деревьев висследуемых районах

Фертильность пыльцевых зёрен изучаемых видов древесных растений в пределах города Арзамаса имеет сходные показатели. У пыльцы, собранной в лесу наблюдается более высокий процент фертильности, т.к. данный участок испытывает минимальную антропогенную нагрузку (табл. 2).

Таблица 2

Фертильность пыльцевых зерен деревьев в исследуемых районах г. Арзамаса, %

*Р ≤ 0,05; **Р ≤ 0,005 ***Р ≤ 0,001

Изучение пыльцы березы повислой позволило установить существенное повышение стерильности пыльцы в опытных вариантах. В районах школ №15 и №58 фертильность ниже контроля (97,8%) на 19,4% - 18,5%, рядом с гимназией она снижена на 10,5% , а возле СОШ №14 – на 9,3%(рис. 3).

Рис. 3. Зависимость фертильности пыльцы деревьев от района исследования

Ива ломкая на условия среды в районе гимназии и СОШ №14 реагирует снижением фертильности пыльцы на 6,8 – 6,9% , в окрестностях СОШ №15 и №58 различия более существенны: 15,5% - 14,3% соответственно.Резкое снижение фертильности пыльцы также наблюдается у клена американского на 19,0% -18,1% рядом со школами №15 и №58, тогда как в районах гимназии и СОШ №14 эти показатели равны 12,8% - 6,8%. Пыльца тополя белого по сравнению с контролем снижает свою фертильность на 17,7% - 19,2% в районах с высокой антропогенной нагрузкой (СОШ №15 и №58), в 2,5 раза меньше падение этого показателя в окрестностях школ №14 и гимназии. Возможно, это связано с тем, что около школы № 58 проходит основная дорога на Нижний Новгород и железнодорожные пути. Школа № 15 расположена около телевышки, можно предположить, что на относительно низкие показатели жизнеспособности и фертильности оказывают влияние электромагнитные волны и деятельность предприятия машиностроения.

Итак, все исследуемые растения реагируют на антропогенное воздействие городаувеличением доли стерильной пыльцы. В контроле самый высокий процент фертильности пыльцы отмечен у березы повислой – 97,8%, минимальный – у клена американского(92,6%), средние показатели у ивы ломкой (92,6%)итополя белого(93,9%) (рис. 4).

Рис. 4. Фертильность пыльцы деревьев в районах исследования

Из исследованных видов древесных растений наиболее чувствительнойфертильность пыльцы оказалась у березы повислой итополя белого, у которыхбыло отмечено максимальное понижение этого показателя по сравнению с контролем.

Согласно проведенным исследованиям можно выявить разницу между антропогенной нагрузкой в городской местности и в смешанном лесу, влияющую на качество пыльцы растений-палиноиндикаторов, а возможно, и на репродуктивную сферу и здоровье человека. Как показали исследования, в экологическом отношении лес является наиболее благоприятной зоной, следовательно, населенные пункты вблизи него, более приемлемы для проживания и продления рода, по сравнению с городской местностью. В городе разница в показателях фертильности и стерильности пыльцы, взятой, из районов, разно удаленных от промышленных предприятий и автомобильных трасс, также очевидна. Наиболее благоприятная экологическая обстановка складывается около школ, находящихся во дворах жилых домов, вдали от промышленных предприятий.

Таким образом, показано, что флора города испытывает максимальную антропогенную нагрузку, а в сельскойместности – минимальную. При этом самыми чувствительными палиноиндикаторами из исследованных растений оказались берёза повислая по фертильности и тополь белый по фертильности и жизнеспособности пыльцы.

Литература:

1.                  Бессонова В.П., ФендюрЛ.М., ПересыпкинаТ.Н. Влияние загрязнения окружающей среды на мужскую фертильность декоративных цветочных растений // Бот. журн. – 1997. – Т. 82. № 5. – С. 38-45.

2.                  Биотехнология растений. Культура клеток. – М.: Агропромиздат, 1989. – 59 с.

3.                  Ервандян С.Г. Об использовании микрогаметофитного поколения в семействе розоцветных (ROSACEAEJUSS) для биоиндикации природной среды в Армении // Экология.– 2005. – № 4. – С. 75-81.

4.                  Кончина Т.А., Марина А.В., Вершинина Л.В.Организация биоиндикационных исследований загрязнения окружающей среды по реакции пыльцы цветковых растений // Биология в школе – 2010. – №9. – С. 43 – 48.

5.                  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.

6.                  Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. – М.: Агропромиздат, 1988. –148 с.

7.                  Сероглазова, Н.Г., Бакташева Н.М. Индикация чистоты окружающей среды по состоянию пыльцы растений, произрастающих в дельте р. Волги//Вестник МГОУ. Естественные науки.– 2012. – №1. – С. 65-68.

8.                  Третьякова И.Н., Носкова Н.Е. Пыльца сосны обыкновенной в условиях экологического стресса // Экология. – 2004. – №1. – С. 26 – 33.

9.                  Тухватуллина Л.М., Даутов Ф.Ф., Черепанова Е.Н.Репродуктивное здоровье женщин на территориях города с разным уровнем антропогенной нагрузки // Гигиена и санитария.–2009.– № 1. – С. 17-20.