ДИНАМИКА АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЁЗЫ В ОКРЕСТНОСТЯХ СЕЛ ДАБАНА И АБАГИ.

Заочный конкурс исследовательских работ

ДИНАМИКА АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЁЗЫ

В  ОКРЕСТНОСТЯХ СЕЛ  ДАБАНА И АБАГИ.

Тыкынаева Дарина Сергеевна

Республика Саха(Якутия), Олекминский район, с.Дабан,

Дабанская средняя общеобразовательная школа, 5 класс.

Научный руководитель:

Тыкынаева Л.Г.  

Учитель географии и экологии.

Олекминск 2012

Оглавление

Введение: ___________________________________________________________  3 стр

      Актуальность и практическая значимость    

      Проблема                                                          

      Новизна

      Объект изучения

      Гипотеза

      Цель и задачи, методика

Обзор литературы ____________________________________________________  4 стр.

Материал и методика _________________________________________________  7 стр.

Результаты исследования ______________________________________________ 7 стр.

Выводы_____________________________________________________________ 10 стр.

Использованная литература____________________________________________11 стр.

Динамика асимметрии листьев березы в окрестностях сел Дабана и Абаги.

Тыкынаева Дарина Сергеевна

Республика Саха(Якутия), Олекминский район, с.Дабан,

Дабанская средняя общеобразовательная школа, 5 класс.

Актуальность и практическая значимость.       

        В последнее время для оценки окружающей среды стал использоваться метод оценки стабильности развития биологических объектов. Стабильность развития растений и животных в этом методе оценивают по величине асимметрии билатеральных морфологических структур. С помощью этого метода, начиная с 1980-х годов,проведено много исследований ,позволивших оценить состояние окружающей среды в различных регионах. Известно много методов оценки состояния окружающей среды. Важное место среди таких методов занимает биоиндикация.  Этот метод позволяет в короткие сроки получить общую оценку здоровья среды в определенном месте.

                                                                      Проблема.

      Проблема состоит в том, что исследований в этой области в районе проводится недостаточно. Нет контроля за состоянием леса и атмосферным воздухом.  

     По этой причине мы решили изучить один из доступных для массового изучения биологических объектов березу повислую и проверить надежность метода оценки стабильности развития в различных экологических условиях. 

Новизна.

       Мы впервые изучаем метод оценки состояния березы повислой по нарушениям билатеральной симметрии  листьев в окрестностях сел Дабан и Абага.      

Объект изучения.

Объект изучения нашей работы является береза повислая местности сел Дабан и Абага на двух площадках.

Гипотеза.

      Вышеуказанная методика позволит  определить качество здоровья среды путем изучения асимметрии листьев березы повислой. В результате работы будут выявлены     районы, на которые необходимо обратить внимание общественности и  администрации поселка , для проведения независимой экспертизы  с целью установления решающих факторов, влияющих на здоровье  среды, и дальнейшего их устранения.  

Цели: Изучить динамику состояния берёзы повислой как вида-индикатора состояния окружающей среды по показателю флуктуирующей асимметрии на территории сел Дабана, Абаги и их окрестностей.

Задачи:

1. Оценить степень асимметрии листьев березы на пробных площадках.
2. Сравнить степень асимметрии листьев березы в селах Дабан и Абага.

Материал и методика.

Сбор материала.

1. Выбор и заложение пробных площадок селах Дабан и Абага и их окрестностей.
2. Измерение флуктуирующей асимметрии берёзовых листьев (по пяти признакам).
3. Статистическая обработка результатов измерений.
4. Оборудование:

1. линейка;
2. транспортир;
3. Циркуль-измеритель;
4. Пакеты полиэтиленовые для хранения материала.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

.      Известно много методов оценки состояния окружающей среды. Важное место среди таких методов занимает биоиндикация – наблюдения за поведением живых организмов или оценка их свойств. Еще античные ученые обратили внимание на связь облика растений с условиями в среде их обитания. Живший в 287 г. до н.э. в Древней Греции Теофраст написал широко известную работу «Природа растений», в которой содержится немало советов, блин, как по характеру растительности судить о свойствах земель. Аналогичные сведения можно встретить в трудах римлян Катона и Плиния Старшего. Идею биоиндикации по растениям сформулировал еще в 1 в. до н.э. Колумелла: «Рачительному хозяину подобает по листве деревьев, по травам или по уже поспевшим плодам иметь возможность здраво судить о свойствах почвы и знать,  что может хорошо на ней расти». Методы биоиндикации в наши дни не устарели. Они находят все более новые и интересные пути развития.

       Чем же так привлекательны биологические индикаторы для исследователей? Главное – реакции индикаторных живых организмов очень    часто имеют общий биологический смысл и, в частности, могут быть перенесены на человека. Кроме того,  такие оценки,  как говорят ученые, «интегральны»,  то есть они учитывают весь комплекс физических и химических факторов,  которые присутствуют в среде обитания.         

        Все возрастающее воздействие  на окружающую природную среду диктует необходимость контроля её состояния, обеспечения её благоприятности для живых организмов и человека. Из всех методов оценки качества среды приоритетным является биоиндикация, как серия биологических оценок в природе.

Флуктуирующая асимметрия  позволяет оценить нестабильность развития  организма. Флуктуирующей асимметрией называют небольшие ненаправленные различия между правой и левой (R - L) сторонами различных морфологических структур, в норме обладающих билатеральной симметрией. Большинство авторов предлагает считать определение флуктуирующей асимметрии одним из морфологических методов оценки состояния и динамики биосистем, а сам показатель флуктуирующей асимметрии – индексом стабильности развития организма.

Основное требование к признакам, по которым ведется определение флуктуирующей асимметрии – относительно равная их величина, отсутствие влияния на них ряда факторов, среди которых большое значение имеет вычленение из общей асимметрии двух ее форм: направленной асимметрии и антисимметрии.

          C.Г. Баранов и Д. Е. Гавриков в своей работе «Сравнение методов оценки флуктуирующей   асимметрии листовых пластин Betula pendula Roth.» сравнивали разные методы оценки окружающей среды с помощью исследования морфологических показателей и пришли к выводу, что данный метод может быть использован для оценки качества здоровья среды,  так как разными  методами были выявлены сходные тенденции в флуктуации листовых пластин березы повислой  (1).

Для древесных растений лучшим вегетативным органом является лист растения. При антропогенных воздействиях в листьях происходят морфологические изменения (появление асимметрии, уменьшение площади листовой пластины). Хорошими биоиндикаторами в городе являются листья березы, дерева с высокими  поглотительными качествами.

При формировании листовой пластины, по мере накопления токсических веществ, происходит  торможение ростовых процессов,  и деформация листа. При окончательном формировании листовых пластин на деревьях, испытывающих высокую техногенную нагрузку, их площади  меньше, чем на деревьях, произрастающих в более благоприятных экологических условиях.

         Признаки листовой пластинки берёзы повислой, можно сказать, − основной объект при характеристике стабильности развития и состояния здоровья среды. В настоящее время использование показателей  флуктуирующей асимметрии листовой пластинки берёзы повислой  рекомендовано в нормативных документах экологических служб.

Последствия в нарушении стабильности развития березы повислой, или бородавчатой были выявлены в ответ на самые различные антропогенные воздействия и для оценки степени нарушения стабильности развития разработана пятибалльная шкала (3). Диапазон значений интегрального показателя стабильности развития до 0,040 соответствует первому баллу (условная норма), от 0,040 до 0,044 – второму баллу, от 0,045 до 0,049 – третьему баллу, от 0,050 до 0,054 – четвертому баллу, от 0,054 и выше – пятому баллу (критическое состояние). Первый балл шкалы - условная норма. Значения интегрального показателя асимметрии (величина среднего относительного различия на признак), соответствующие первому баллу наблюдаются, обычно, в выборках растений из благоприятных условий произрастания, например, из природных заповедников. Пятый балл - критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

      В основу методики, используемый при выполнении данной исследовательской работы, положена теория «стабильности развития» («морфогенетического гомеостаза»), разработанная российскими учеными А.В..Яблоневым, В.М.Захаровым и другие в процессе исследований последствий радиоактивного заражения, в том числе после Чернобыльской аварии. Эти ученые доказали, что стрессирующие воздействия различного типа вызывают в живых организмах изменения гомеостаза (стабильности) развития, которые могут быть оценены по нарушению морфологических процессов.

      Главным показателем изменений гомеостаза морфогенетических процессов являются показатели флуктуирующей асимметрии - ненаправленных различий между правой и левой сторонами различных морфологических структур, в норме обладающих билатеральной симметрии. Такие различия обычно являются результатом ошибок в ходе развития организма. При нормальных условиях их уровень минимален, возрастая при любом стрессирующем воздействии, что и приводит к увеличению асимметрии.

       Особенностью стабильности развития является то, что она в большей степени зависит от общей генетической перестройки организма, что особенно важно при оценке последствий радиационного воздействия.

       Оценка флуктуирующей асимметрии билатеральных организмов хорошо зарекомендовало себя при определении общего уровня антропогенного воздействия. Традиционные методы, оценивающие химические и физические показатели, не дают комплексного представления о воздействии на биологическую систему, тогда как биоиндикационные показатели отражают реакцию организма на все многообразие действующих на него факторов, имея при этом биологический смысл.

       Растения же, как продуценты экосистемы, в течении своей жизни привязаны к локальной территории и подвержены влиянию почвенной и воздушной сред, наиболее полно отражающих весь комплекс стрессирующих воздействий на экосистему.

       В рамках данного учебного занятия учащимися предлагается оценить стабильность развития (степень флуктуирующей асимметрии) на примере листьев одного из листопадных деревьев своей местности.

    Материал и методика.

        Исследования проводились в окрестностях сел Дабан и Абага. Были выбраны по 2 пробные площадки. В селе Дабан  пробная площадка № 1 находится рядом с грунтовой дорогой на расстоянии 500 м от села.  Пробная площадка № 2 находится  в лесу на расстоянии 1  километр от села.  В селе Абага пробная площадка № 3 находится у дороги на окраине села от центра на 600-700 м под горой. Пробная площадка № 4 находится на горе на расстоянии 2 километра от села в лесу.(Рис.1, 2).

   Все работы по сбору и обработки материалов велись по методике А.С.Боголюбова (Экосистема 2002).

       На каждой пробной площадке листья березы повислой собирались с нижних ветвей 5 деревьев,  всего по 50 листьев с каждой пробной площадки.

      Листья брали из нижней части кроны на уровне поднятой руки.

      У березы брали листья только с укороченных побегов, затем на каждом листе с левой и правой сторон измерялись показатели по пяти параметрам. (Рис.3,4).            

      1. Ширина половинки листа. Для измерения лист, складывают поперек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибают и по образовавшийся складке производят измерения;

      2.  Длина второй жилки второго порядка от основания листа;

      3.  Расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

      4.  Расстояние между концами этих жилок;

      5. Угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

      Первые 4 параметра снимали линейкой. Угол между жилками измеряли транспортиром.  Данные измерений заносили в таблицу(1 - 20).

Результаты исследования.

          Для проведения вычислений пользовались вспомогательной таблицей.

    Значение одного промера Х, тогда значения промера слева и справа сторон обозначили Хл, Хп соответственно. Измеряя параметры листа по 5 признакам, мы получаем 10 значений Х. В первом действии (1) находим относительное различие между значениями признака слева и справа- (Y) для каждого признака.  Для этого находим разность значений измерений по одному признаку для   одного листа, затем находим сумму этих же значений и разность делят на сумму. Например, в нашем  примере у листа №1 по-первому признаку:

Хл=2,7, Хп=2,6, находим значение Y по формуле

      Полученное значение записали     вспомогательную таблицу в столбец первого признака.  Во- втором действии (2) находим значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа (Z).Для этого сумма отличительных различий надо разделить на число признаков. Например для первого листа Y1=0,Y2=0,023, Y3=0,333, Y4=0, Y5=0,009.

                           Находим значения Z по формуле:  
                                                                                                                      

где N число признаков (5):

          Подобные вычисления производим для каждого листа и найденные значения заносим в правую колонку таблицы (таб.).

         В третьем (3) действии вычисляется среднее относительное различие на признак для всей выборки (Х). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений:

        Где n-число значений Z, то есть число листьев 10.

       Полученный показатель характеризует степень асимметричности листьев.

       Для оценки степени выявленных отклонений листьев березы от нормы, их места в общем, диапазоне возможных измерений показателя разработана бальная шкала. (Захаров В.М; Крысанов Е.Ю. 1996 год.).

Пятибалльная шкала асимметричности.

       Затем величины среднего относительного различия асимметрии листьев на разных площадках в Дабане и Абаге расчитали баллы (Табл21, рис.5.6,7,8).

       Рассчитав показатель асимметричности для каждой пробной площадки в отдельности, мы сравнили полученные значения,  и определили что есть отклонения на пробных площадках № 1, 2, 3,  на площадке № 4 нет больших отклонений от норм. (Табл. 21). Пробные площадки 1,2,3 находятся вблизи от населенного пункта и у дороги, где преобладает действие антропогенных факторов ( захламленность, загрязнение, близость дороги), а пробная площадка № 4 находится в более благоприятных условиях.    

        Данные расчетов мы оформили в виде графика, на который по горизонтальной оси нанесены  точки расположения пробных площадок (по мере удаления от села), а по вертикальной – показатели ассиметричности листьев на данных площадках(рис.9).   По результатам исследования состояние во всех 3-х изученных площадках можно оценить как неблагоприятное.

Выводы.

Изучив динамику  асимметричности листьев березы в  селах Дабан и Абага мы пришли к следующим выводам:

1. Показатель степени асимметрии листьев отражает состояние организма.
2. Степень асимметрии листьев березы на 3-х  изученных площадках   имеют отклонения от нормы.
3. Пробные площадки  в Дабане и Абаге № 1, 2, 3  больше подвержены антропогенной нагрузке ( захламленность, загрязнение, близость дороги, населенный пункт).
4. Пробная площадка № 4 в селе Абага находится в более благоприятных условиях, т.е. дальше от антропогенных факторов.

Рекомендации:

       В результате исследования динамики асимметрии листьев березы, мы хотим предложить в будущем исследовать динамику асимметричности листьев разных видов растений.

      Эта методика может помочь определить качество  здоровья природной среды.

Использованная литература:

1. А.С.Боголюбов «Экосистема», 2002
2. В.М. Захаров. Здоровье среды. Москва, блин, 2000 г.
3. Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых организмов. 2003 г.
4. Алексей Обухов. Исследовательская работа школьников. 2005 г.
5. Р. Шуберт. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. 1988 г.

Динамика асимметрии листьев березы в окрестностях сел Дабана и Абаги.

Тыкынаева Дарина Сергеевна

Республика Саха(Якутия), Олекминский район, с.Дабан,

Дабанская средняя общеобразовательная школа, 5 класс.

План исследований.

Цели: Изучить динамику состояния берёзы повислой как вида-индикатора состояния окружающей среды по показателю флуктуирующей асимметрии на территории села Дабан и Абага и их окрестностей.

Задачи:

3. Оценить стабильность развития (степень флуктуирующей асимметрии).
4. Сравнить степень асимметрии в селах Дабан и Абага.

Оборудование: линейка; транспортир; Циркуль-измеритель; Пакеты полиэтиленовые для хранения материала.