Фитоценотические связи повилики европейской в условиях города Самары

муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа № 102 с углубленным изучением отдельных предметов городского округа Самара

Фитоценотические связи повилики европейской

в условиях города Самары

Автор: Пасенко Никита, учащийся 9 Г класса

Научный руководитель: Баженова Елена Менделевна,

учитель биологии высшей категории

Самара, 2014 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Для жителей крупных городов современной России одной из важнейших экологических проблем является сохранение чистоты воздуха. Возрастающее из года в год содержание в городской атмосфере разнообразных загрязнителей, что подтверждается мониторинговыми исследованиями воздуха, ставит эту проблему на одно из первых мест среди вопросов, связанных с экологизацией жизни. Самара – один из крупнейших промышленных городов Российской Федерации и эта проблема является не менее актуальной и для него.

Среди множества вариантов решения этой проблемы приоритетным можно назвать озеленение города. Растения, являющиеся частью городских экосистем не только обогащают атмосферу кислородом, но и являются поставщиками фитонцидов, способны аккумулировать в себе тяжелые металлы, попадающие в воздух из различных источников, на них осаждается пыль и т.д.  Зеленые насаждения играют важную роль в формировании и оздоровлении городской среды, где они выполняют градостроительную, экологическую, санитарно-гигиеническую, микроклиматическую, архитектурно- художественную, эстетическую, рекреационную функции.

Исторически сложилось, что на территории городского округа Самара зеленые насаждения расположены фрагментарно, система городского озеленения состоит из объектов, неодинаковых по площади, функциональному использованию, уровню рекреационной нагрузки.

По состоянию на 01.01.2012 площадь зеленых насаждений общего пользования (парки, скверы, набережные, бульвары), приходящаяся на 1 жителя, составляет менее 5 кв.м. Согласно санитарным нормам (СНИП 2.07.01.89 «Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений») площадь территорий общего пользования должна составлять не менее 10 кв. м на человека (Администрация городского округа Самара, htm).

Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Самарской области от 25.12.2008 №496-п утверждены Региональные нормативы градостроительного проектирования, в составе которых установлен региональный норматив, определяющий минимально допустимый уровень обеспеченности населения муниципальных образований Самарской области зелеными насаждениями (не менее 9 кв.м на человека).

Большая часть древесных насаждений были высажены в 50-60-е годы и являются старовозрастными, часто находятся в критических состояниях, могут представлять угрозу автотранспорту и здоровью горожан, высаживались без соблюдения санитарных норм, что приводит к затенению квартир, разрушению фундаментов, кровли, коммуникаций.

Постепенная замена деревьев является одной из задач городских служб озеленения. Однако, деревья имеют длительные сроки взросления. Здесь сможет помочь увеличение площадей, покрытых травянистыми и кустарниковыми растениями.

Травяной покров города, его качество, количество и состояние составляют сегодня одну из проблем в озеленении города. Газонное покрытие образует смесь культурных многолетних злаковых трав. Газон выполняет важную санитарно-гигиеническую роль, задерживая пыль, регулируя температуру и влажность воздуха.

В районах торговых центров, мини-рынков, несанкционированных пешеходных переходов через газоны вдоль автодорог и разделительных полос, на придомовых территориях затаптываются до полного усыхания значительные площади газонов. Часты случаи заездов автотранспорта на газоны. Во многих случаях зеленые насаждения погибают в результате низкой экологической культуры населения по отношению к зеленым насаждениям. 

Администрацией городского округа Самара принята программа «Зеленый город», основной целью которой является создание условий для приведения зеленых насаждений в соответствие с нормами, обеспечивающими комфортное проживание граждан и рассчитанная на 2013-2017 годы (Администрация городского округа Самара, htm).

На значительном числе городских объектов со вновь устроенными газонами наряду с растениями, входящими в состав газонной травосмеси (мятлик, овсяница, райграс), отмечается факт произрастания сорной растительности (одуванчик, сурепка, повилика и др.).

Наиболее опасными для культурных растений представляются растения-паразиты, одним из которых является Повилика европейская, неоднократно наблюдаемая нами на территории города Самара.

Наша работа является продолжением начатых в 2009 году исследований ученика МБОУ СОШ № 102 г.о. Самара Баженова Олега.  

Паразитизм (от греч. parasitos — нахлебник), тип взаимоотношений между организмами, один из которых (паразит) живёт на поверхности или внутри другого (хозяина), питаясь за счёт его тканей. Паразитизм известен на всех уровнях организации живого, начиная с вирусов и бактерий и заканчивая высшими растениями и многоклеточными животными.

На деревьях, кустарниках, травах и других растениях паразитируют многочисленные микроорганизмы (грибы, бактерии, вирусы и др.), цветковые растения-паразиты. В природе чаще всего наблюдается эндопаразитизм, при котором паразит развивается внутри хозяина. К эндопаразитам относятся все вирусы (внутриклеточные паразиты), патогенные бактерии, гельминты, большинство фитопатогенных грибов и насекомых-энтомофагов. Реже встречается эктопаразитизм, когда паразит поселяется на поверхности тела хозяина, извлекая из него питательные вещества с помощью специальных органов. Эта форма паразитизма характерна для паразитических цветковых растений, многих насекомых и клещей, некоторых грибов. Между типичными эндо- и эктопаразитами существуют и переходные формы [1].

Типичные для территории России растительные паразиты – заразихи (корневые паразиты подсолнечника, табака и других культур), петров крест (корневой паразит лиственных древесных растений) и стеблевые паразиты рода Повилика.

Среди повилик часто встречающимся видом является Повилика европейская (рис.1), произрастающая и в городе Самара.

Так как стеблевые паразиты наносят существенный вред растениям – хозяевам, нас заинтересовал вопрос, какие городские растения оказываются заражены Повиликой европейской. В связи с этим, перед нами при проведении исследований стояла следующая цель: выявление фитоценотических связей Повилики европейской в условиях города Самары.

Исходя из цели, были поставлены следующие задачи:

1. Ознакомиться с биоэкологическими особенностями растений рода Повилика;
2. Установить видовой состав растений, имеющих фитоценотические связи с повиликой европейской.

Рис.1. Повилика европейская

ГЛАВА I. Биоэкологические особенности растений рода Повилика

Повилика, кускута (Cuscuta) – род цветковых растений семейства повиликовых.

Однолетние, иногда перезимовывающие травы, с листьями, редуцированными до мелких чешуек, бесхлорофилльные паразиты. Нитевидные или шнуровидные, вьющиеся, ветвистые стебли повилики с редуцированными листьями – чешуйками обвиваются вокруг растения – хозяина и образуют глубоко внедряющиеся в его ткани присоски (гаустории).

Многочисленные бледно-розовые мелкие цветки, образующиеся на стеблях, собраны в густые соцветия (рис.2).  Плоды – коробочки с шаровидными, овальными или слегка удлиненными семенами. На одном растении может образовываться от 3 до 30 тысяч семян. Семена имеют твердую, со слабой водопроницаемостью оболочку, поэтому могут сохраняться в почве несколько лет, не прорастая.

Рис. 2. Повилика европейская

А – растение, паразитирующее на хмеле,

Б – цветок, В – цветок в разрезе

Основной способ распространения повилик – семенами (ветром, с тарой и особенно часто с семенами растения – хозяина), но они могут размножаться и частями стеблей.

Повилика – карантинный сорняк. Нарушая обмен веществ у растений – хозяев, она задерживает их рост и развитие, нередко вызывает гибель. Вредоносность повилик весьма значительна (Пилюгин Н., 1953). Снижение урожая картофеля, люцерны, овощных и других сельскохозяйственных культур при массовом поражении повиликой может достигать 50% и более [11]. Известны случаи, когда растения полностью погибали вследствие истощения их повиликами.

Распространены повилики от тропиков до умеренных поясов. Род включает в себя около 170 видов. На территории России зарегистрировано свыше 30 видов, из которых наиболее распространены и вредоносны льняная, люцерновая (тонкостебельная), короткоцветковая перечная, европейская, полевая, китайская.

Прорастают побеги в конце весны, когда другие растения уже более или менее развились, - иначе для паразита не оказалось бы подходящей пищи. Время, в течение которого росток может прожить самостоятельно, ограничено запасом питательных веществ, запасенных в семени, и позволяет ему вырасти не более чем на 10 см [9].

Проросток повилики непохож на проростки других растений: у его нитевидного тела нет семядолей, нижний конец проростка не врастает в почву, растет лишь его верхний конец. Если проросток повилики встречается с подходящим для него растением – хозяином, он быстро обвивает его, образует гаустории и продолжает расти (рис.3).

Гаустории повилики – преобразованные адвентивные (придаточные) корни. Они принимают форму диска, плотно прилегающего к коре растения – хозяина. Группа клеток из центральной части диска внедряется в кору и достигает центрального цилиндра, откуда повилика получает воду, органические вещества и минеральные элементы. Проростки повилики, совершая ростовые вращательные движения, находят растение – хозяин.

Рис 3. Повилика: 1 – растение,

2 – гаустории, внедрившиеся в стебель

растения – хозяина

При изучении процессов взаимодействия растений с окружающей средой исследователи университета штата Пенсильвания США, работающие под руководством доктора Консуэло де Мораэса (Consuelo M. De Moraes), натолкнулись на факт, что о том, как растения – паразиты находят своих хозяев неизвестно практически ничего.

В.В.Полевой указывает, что рост паразитов по направлению к будущему хозяину определяется градиентом влажности и явлением хемотропизма [7].

Поставив ряд экспериментов, американские ученые установили, что растения повилики реагируют на испускаемые растениями – хозяевами летучие ароматические соединения, которые вызывают направленный рост побегов паразита. Механизм контроля этой реакции пока неизвестен [9].

Повилики могут устанавливать трофические и топические связи с другими растениями. Первые возникают тогда, когда растение – паразит использует своего хозяина как источник питательных веществ. Вторые появляются в том случае, если повилика использует другое растение только как средство опоры.

ГЛАВА II. Материал и методика исследований

Флористический материал собирался в августе 2008 года на пустырях, газонах и вдоль трамвайных путей на улицах Промышленного и Кировского районов (Советская, Черемшанская, Ново-Садовая, Ново-Вокзальная). В августе-сентябре 2013 года мы расширили территорию обследования вдоль улиц Аминева, Губанова, Московского шоссе, Ново-Вокзальной, Ново-Садовой, проспекта Кирова, осмотрели придомовые газоны и пришкольную территорию.

Рис 4. Бодяк полевой (фото Баженовой Е.М.)

Для сбора материала использовался маршрутный метод обследования. Вдоль маршрута собирались отдельные экземпляры растений, на которых была обнаружена Повилика европейская. После определения видов был проведен подсчет частоты встречаемости паразита на различных видах растений.

Собрано и определено тридцать семь гербарных образцов. Идентификация растений проводилась с помощью определителя цветковых растений «Школьный атлас – определитель высших растений» Новикова В.С. и Губанова И.А. [5], а также «Определителя растений Среднего Поволжья» [6]  «Определителя весенних и осенних растений Среднего Поволжья и Заволжья» Терехова А.Ф. [8].

Достоверность определения видовой принадлежности растений подтверждена кандидатом биологических наук, доцентом кафедры общей биологии Самарского государственного педагогического университета Семеновым Александром Алексеевичем.

ГЛАВА III. Фитоценотические связи Повилики европейской

в условиях города Самары

Всего нами было определено 23 вида растений, на которых обнаруживалась Повилика европейская (табл.1). Все они относятся к отделу Покрытосеменных (Angiospermae).

Покрытосеменные, или Цветковые являются отделом высших растений, имеющих цветок. Семязачатки заключены в полость завязи, а образующиеся семена – в плоды. Для них характерно двойное оплодотворение, которое резко отличает Цветковые от других групп растений.

Отдел делится на два класса: Однодольные (Monocotyledones) и Двудольные (Dicotyledones). Растения класса Однодольные обладают в основном, мочковатой корневой системой, параллельным или дуговым жилкованием листьев, числом элементов в цветке, кратным трем. Все они имеют зародыш с одной семядолей в семени. Растения класса Двудольные обладают, в основном, стержневой корневой системой, сетчатым жилкованием листьев и числом элементов в цветке, кратным четырем или пяти. Общим для всех без исключения Двудольных является то, что зародыш в их цветке имеет две семядоли, откуда и происходит название класса.

Класс Однодольных представлен тремя видами одного семейства – Злаковые (Gramineae). 

Наиболее широко из Двудольных (20 видов) представлено семейство Сложноцветные (Compositae). 10 видов из 20 относится именно к этому семейству. Еще 10 семейств этого класса представлены одиночными видами: Гвоздичные (Caryophyllaceae), Амарантовые (Amaranthaceae), Подорожниковые (Plantaginaceae), Ильмовые (Ulmaceae), Гречишные (Polygonaceae), Кленовые (Aceraceae), Бобовые (Fabaceae), Розоцветные (Rosaceae), Крестоцветные (Brassicaceae), Вьюнковые (Convolvulaceae).

В экологическом отношении это, в основном, представители рудеральной растительности (произрастающей на пустырях), а также растений, использующихся для озеленения.

Таблица 1. Список видов растений, на которых была обнаружена

Повилика европейская

ВЫВОДЫ

1. Явление паразитизма известно на всех уровнях организации живого: от вирусов и бактерий до высших растений и многоклеточных животных.
2. Среди растений паразитов типичным для Самары являются представители рода Повилика (Cuscuta), в том числе и Повилика европейская.
3. Повилики могут устанавливать трофические и топические связи с другими растениями. Первые возникают тогда, когда растение – паразит использует своего хозяина как источник питательных веществ. Вторые появляются в том случае, если повилика использует другое растение только как средство опоры.
4. На территории Промышленного и Кировского районов города Самары Повилика европейская встречается преимущественно на растениях отдела Покрытосеменные, представленного обоими своими классами (Однодольные и Двудольные), одиннадцатью семействами, двадцатью тремя видами. Чаще всего этот паразит обнаруживался на растениях семейства Сложноцветные (10 видов из 23).

ЛИТЕРАТУРА

1. Биологический энциклопедический словарь. Под редакцией М.С.Гилярова. – М.: Советская энциклопедия, 1989. – 864 с.
2. Былова А.М., Шорина Н.И. Экология растений: Пособие для учащихся/ Под редакцией Н.М.Черновой. – М.: Вентана-Граф, 1999. – 240 с.
3. Детская энциклопедия: Растения и животные. Том 4. – М.: Педагогика, 1973. – 448 с.
4. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Экология России. Учебник для 9-11-х классов общеобразовательной школы. – М.:, АО МДС, 1996. – 272 с.
5. Никитин В.В. Сорные растения флоры СССР. Л.: Наука, 1983. 454 с. 
6. Новиков В.С., Губанов И.А. Школьный атлас – определитель высших растений. – М.: Просвещение, 1991. – 240 с.
7. Определитель растений Среднего Поволжья. – Ленинград, Наука, 1984. – 392 с.
8. Пилюгин Н. Повилика и меры борьбы с ней. Ярославль, 1953. 19 c. 
9. Полевой В.В. Физиология растений. – М.: Высшая школа, 1989. – 464 с.
10. Терехов А.Ф. Определитель весенних и осенних растений Среднего Поволжья и Заволжья. – Куйбышевское книжное издательство, 1969. – 464 с.
11. Фисюнов Л.В. Справочник по борьбе с сорняками. М.: Колос, 1984. 255 c.
12. http://www.scientific.ru/journal/news/2006/1006/n201006.html
13. http://dendrology.ru/
14. http://www.rastenii.ru/
15. http://www.sevin.ru/invasive/

Приложение

Собранный гербарий растений, на которых отмечалась

Повилика европейская

Фото 1. Полынь обыкновенная

Фото 2. Полынь горькая

Фото 3. Одуванчик лекарственный

Фото 4. Амброзия полыннолистная

Фото 5. Мать-и-мачеха обыкновенная

Фото 6. Латук компасный

Фото 7. Циклахена дурнишниколистная

Фото 8. Бодяк полевой

Фото 9. Цикорий обыкновенный

Фото 10. Лопух паутинистый

Фото 11. Вьюнок полевой

Фото 12. Клоповник сорный

Фото 13. Ежевика

Фото 14. Донник белый

Фото 15. Клен американский

Фото 16. Горец птичий

Фото 17. Вяз мелколистный

Фото 18. Подорожник большой

Фото 19. Щирица запрокинутая

Фото 20. Мыльнянка обыкновенная

Фото 21. Щетинник зеленый

Фото 22. Ежовник обыкновенный

Фото 23. Ячмень гривастый