исследовательская работа
творческая работа учащихся по биологии на тему

Муниципальное общеобразовательное учреждение

 «Фощеватовская средняя общеобразовательная школа

 Волоконовского района Белгородской области»

Исследовательская работа

Сравнительный анализ чистоты воздушной среды села
с использованием лихенофлоры  

                                                                                     Подготовили: Алтунин Евгений

                                                                                                              Алтунин Василий,

                                                                                                            Шенцев Александр

                                                        Руководитель: Карпушина Евгения  Николаевна

с. Фощеватово 2011 г

Содержание

1. Введение
2. Актуальность
3. Цели исследования
4. Обзор литературы
5. Методики исследования лишайников
6. Изучение видового разнообразия лишайников в городе Астрахань
7.Вывод
8.Литература

1. Введение

Лишайники являются индикаторами окружающей среды, поэтому данный выбранный объект подходит для выявления загрязненности воздуха в селе. Местом исследования были выбраны парки, лесопосадки, крыши домов, камни. Из-за очень сухого климата видов лишайников очень мало и поэтому пришлось заняться поиском лишайников, а затем и сбором.

2.Актуальность исследования 
Довольно интересно узнать по видам и количеству лишайников в каком состоянии находиться воздушная среда в селе. Атлас видов лишайников мог бы пригодиться как дидактический материал при изучении темы «Лишайники» в школьном курсе.
Одной из важнейших проблем современности является изучение и сохранение биологического разнообразия в планетарном масштабе. Изучение видового состава флоры любой территории земного шара - основа для осуществления всей совокупности ботанических и экологических исследований.,

3.Цели исследования: 

Установить , действительно ли лишайники могут быть индикаторами окружающей среды и на сколько достоверны данные о загрязнении с использованием лишайников.

Задачи исследования: 
1. Изучение видового разнообразия лишайников в селе как индикаторов чистоты окружающей среды.
2. Анализ экологических особенностей и субстратного распределения лишайников.
3. Выявить предпочтения лишайников к субстрату в селе
4. Обзор литературы

По данным ее исследований, на территории области произрастает 137 видов лишайников. Большая их часть является накипными и листоватыми. Из книги Т.Я.Ашихминой «Школьный экологический мониторинг», мы смогли взять наиболее просто описанную методику исследования лишайников.

5. Методики исследования лишайников. 
Сбор полевого материала проводился в 2010 году на территории села  Фощеватово. В ходе сбора материала было выявлено, что субстратом для поселения лишайников были придорожные камни, крыши домов покрытых черепицей, а так же различные породы деревьев. Сначала мы старались найти хотя бы несколько мест в городе, где бы присутствовали лишайники, но таковых оказалось всего 5: парк телестудии с сосновыми деревьями и березами, крыши домов, камни при дороге, на почве возле школы. На каждой пробной площадке, которые мы отметили, осмотрели каждый ствол дерева , измерили его толщину, установили примерный возраст и состояние на данный момент, сделали фото. При осмотре дерева была использована прозрачная палетка размером 20х20 см , на высоте 0,6 м от земли по методике всем известной у исследователей(Голубкова, Малышева 1978). На каждом дереве было подсчитано, сколько процентов от площади палетки занимает таллом каждого встреченного на коре лишайника. Результаты заносились в таблицу.
Таблица 1. Обследование городских деревьев по наличию лишайников.

№ Деревья Толщина дерева см Возраст
лет Состояние
Дере
ва Наличие
лишайника Сторона света Проективное
покрытие
1. Тополь черный 60 50 + + С-З 15
2. Вяз мелколистный 15 10 + + С-В 1-2%
3. Лох узколистный 12 10 + - С 19
4 Сосна Крымская 15 20 + + С-В 40
5 Сосна обыкновенная 16 20 + + В 25
6 Береза 38 20 - + С 38
7 Шелковица черная 45 25 - + С-З 3-5
8 Ясень ланцетный 54 25 + + Ю 50
9 Ива белая 27 20 + + В 60
10 Дуб 68 30 + + С 2-3
11 Акация - Робиния 18 20 + -

Всего было выполнено 260 описаний. Для выяснения зависимости расселения лишайников от различных экологических факторов была проведена статистическая обработка материала варьируемой величиной было выбрано проективное покрытие лишайников (%) на каждой стороне света, а в качестве факторов рассматривалась толщина дерева, вид дерева. Статистической обработке подверглись виды встретившиеся не менее 5 раз. У некоторых деревьев лишайники встречались на высоте 1,5- 3 метров значит ли это , что на такой высоте у нас чистый воздух?.

6. Изучение видового разнообразия лишайников в  селе Фощеватово
На территории села Фощеватово было обнаружено 4 семейства лишайников.: Телошистовые, Кладониевые, Леканоровые,Фисциевые (Закутнова В.И.,2008)

Виды лишайников рода Аспицилия , кочующих лишайников, чаще можно встретить на открытой площади на песчаной почве, так как чаще всего их переносит ветер с места на место.
Самое большое семейство по числу видов Телошистовые с накипными и листоватыми слоевищами . Род Калоплака имеет накипное слоевище желтовато-оранжевого цвета и имеет вид зернистой корочки .Встречаются в основном на древесине,на деревьях. Род Ксантория встречается очень часто в центре города на деревьях, старых досках, на трубах. Ксантория настенная очень устойчива к загрязненному воздуху и никак не может служить индикатором чистоты воздуха, а скорее наоборот.
Представители семейства Кладониевых встретились нам только на острове Городском и то только в одном месте – северная часть острова в 15 метрах от реки, на сырой почве. Тело их образовано двумя типами слоевищ: первым появляется чешуйчатое горизонтальное тело светло-зеленого цвета, затем по краям этих чешуек появляются вертикальные выросты разнообразной формы
Семейство Фисциевых Род Фисция встречается наиболее часто в городской зоне, как на почве, так и на крышах домов, на коре деревьев. Но надо полагать , что они приспособились к загрязненному воздуху, так как обнаружены были вблизи предприятий. Имеют листоватое слоевище, образующее округлые розетки, чаще всего встречающиеся на коре деревьев., особенно много было встречено на острове Городском. На острове, который находится посередине реки Волга и делит сам город на две части, соединенные 3 км мостом через Волгу, с постоянным транспортным потоком, встреченные лишайники были в очень хорошем состоянии. Они ярко окрашены и дернинки с лишайниками встречались там, где на 100кв метров приходилось не менее 50 деревьев. Видимо ветер сносит автомобильные газы в восточную часть острова, где они и оседают, а западная остается свободной от автомобильных газов. Только так можно объяснить отсутствие лишайников в восточной части острова Городской. В прибрежной стороне и у воды лишайников не обнаружено . Встретились нам лишайники, которые росли прямо на дороге ведущей вглубь острова с западной стороны. Деревья в этом месте в основном старые, много гниющих веток и стволов деревьев, от которых необходимо иногда очищать лес. Чаще всего встречаются лишайники на иве и ясене , так как их кора не гладкая и поселяться на них очень удобно. Так же в разломах коры скапливается влага, которой в нашем районе крайне мало во все времена года., там и поселяются лишайники.

На фотографии фиксировали площадь занятую лишайниками на коре дерева. Определить лишайники довольно сложно , Те виды, которые не определили, оставили для дальнейшего изучения.

Экологическая диагностика качества атмосферного воздуха с помощью лишайников 

1. Определение загрязнения воздуха с помощью лишайников
2. Данные .по территории Белгороской области 137 видов лишайников. В основном накипные и листоватые.
3. Три семейства :
4. Телошистовые – два рода: калоплака –в виде зернистой корочки желтовато-оранжевого цвета. Растут на деревьях, древесине.
Род Ксантория – листоватые , оранжево-желтые слоевища , вид Ксантория настенная – растет на искусственных субстратах . Это устойчивый к загрязнению вид, встречается даже в центре города.
5. Кладониевые . Встречаются редко. У них переходная форма от листоватой к кустистой. Растут на почве. Тело их образовано двумя типами слоевищ: первым появляется чешуйчатое горизонтальное тело светло- зеленого цвета, позднее по краям этих чешуек появляются вертикальные выросты разнообразной формы.
6. Леноровые. Род Леканора. Накипные, сплошные слоевища серо-желтого цвета., на коре деревьев.
7. Род Аспицилия. Кочующие лишайники, которые переносятся ветром, обитают на коре или почве.
8. Семейство Фисциевых,Род Фисция. Произрастают на коре, в виде округлых розеток.
9. Охраняемые лишайники Астраханской области.:
• Аспицилия съедобная
• Аспицилия кустистая
• Агреститс щетинистая
• Кладония мадьярская
• Кладония оленероговидная
• Псора Савича
• Эверния сливовая
• Меланелия шероховатая
• Меланелия продымленная
• Плеуростика блюдчатая
• Цетрария степная
• Пельтигера седоватая
• Рамалина мучнистая
• Телосхистес ямчатый
• Фисция Мережсовского
• Ксантопармелия подзавернутая

Сбор лишайников.
• Собирали лишайники в заранее приготовленные конверты.
• Перед закладкой образца в конверт, написать дату, время, место, погоду
• Не следует собирать их в сухом виде, лучше их смочить водой
• Собирать лишайники лучше всего с субстратом – куском коры, древесины, горной породы, на котором, они растут.
• Нередко в дерновинке лишайников можно встретить два и более видов. Для определения надо брать индикаторный вид.
• При наличии плодоношений брали слоевище с апотециями, что часто позволяет более быстро и более точно определить лишайник. Выбранное растение нужно отделить пинцетом от дерновинки и размочить в воде, т.к. зачастую только при этом условии оно приобретает естественные формы и цвет. Необходимо помнить, что плодоносящие растения часто не относится к виду, преобладающему на дерновинке, поэтому нельзя без проверки распространять определение, сделанное по растению с плодоношением , на всю дерновинку.

Определение чистоты воздуха с помощью лишайников 

Лишайники – симбиотические организмы, образованные в результате совместного существования двух разных организмов – гриба и водоросли. Большинство лишайников не требовательно к условиям почвы и влажности, они поселяются на непригодных для других растений субстратах(глинистой сухой почве., камнях). Однако обладают рядом биологических способностей : повышенной чувствительностью к различным загрязняющим веществам , таким как газообразные SO 2,HF, HCL, NO, NO2Лишайники интенсивно аккумулируют тяжелые металлы и ряд органических веществ, обладающих канцерогенным эффектом- например, бензопирен.
Почему именно лишайники так чувствительны к загрязнению окружающей среды?
У них нет непроницаемой кутикулы, благодаря чему газообмен происходит свободно через всю поверхность. Большинство токсичных газов концентрируется в дождевой воде, а лишайники впитывают ее всей поверхностью в отличие от цветковых растений, которые поглощают воду из почвы. Большинство цветковых растений активны только летом, когда уровень загрязнения среды обычно ниже, а некоторые лишайники обладают способностью к росту при температуре ниже 0.
Именно поэтому лишайники используют в качестве индикаторов загрязнения, в первую очередь воздуха. Если вы в зоне отдыха не встречаете ни одного лишайника, то значит ,что концентрация диоксида серы в воздухе превышает 0,3 -0,5 . мг\м³.
Преобладание некоторых выносливых к загрязнению лишайников – ксантории, фасции, леканоры , говорит о том, что количество сернистого газа колеблется в пределах от 0,05 до 0,20 мг\м³
Загрязнители определяемые с помощью лишайников
Сернистый газ (SO2) опадает в атмосферу с выбросами электростанций, предприятий обрабатываюшей, химической промышленности, при очистке металлов, коксовых заводов.
Фтористый водород (HF).
Он выделяется при производстве алюминия, фосфатов, заводами фосфорных удобрений. Устойчивые к фтору виды накапливают его, количество фитотоксиканта в них служит показателем загрязнения., вызывая некроз листьев.
Тяжелые маталлы(кадмий, свинец, ртуть, никель, цинк, медь)
Тяжелые металлы входящие в состав мельчайших пылевых частиц, выделяют сталелитейные и плавильные заводы, попадают в атмосферу с выбрсами двигателей внутреннего сгорания
Характеристика лишайников.
КОМПОНЕНТЫ ЛИШАЙНИКОВ
Лишайники – это организмы, тело (слоевище) которых всегда состоит из двух компонентов - автотрофного фикобионта и гетеротрофного микобионта, образующих единое симбиотическое сожительство, отличающееся свободными морфологическими типами и особыми физиолого-биохимическими процессами. ГРИБНОЙ КОМПОНЕНТ (МИКОБИОНТ)
Представители трех классов грибов – аскомицетов, базидиомицетов и фикомицетов, вступив в контакт с водорослью, дали начало образованию лишайников. О близости с грибами говорит строение вегетативного тела лишайника и их плодовых тел. Вегетативное тело лишайника, называемое талломом или слоевищем, целиком состоит из переплетения грибных гиф. Водоросли же либо разбросаны в беспорядке среди грибных гиф по всей толще слоевища, либо расположены отдельным дифференцированным слоем несколько ниже его поверхности. Вегетативное тело лишайника целиком живет в воздушной среде. Гифы, образующие слоевище лишайника, представляют собой простые или разветвленные тонкие (шириной 3-10 мкм) нити, растущие вершиной. Гифа покрыта двухслойной оболочкой, под которой находится протоплазма. Обычно гифы поделены поперечной перегородкой на клетки. Протоплазма лишайника слегка зерниста. В вегетативной клетке почти всегда имеется одно ядро. Оказывается, что переход вегетативных гиф лишайникового слоевища к воздушному образу жизни привела к утолщению их оболочек. В таких слоевищах грибные гифы с сильно утолщенными стенками выполняют роль механической, укрепляющей «ткани». Так же увеличен обмен веществ за счет утолщения плазматического тяжа с соседними клетками. Тесный контакт с водорослью обеспечил появление у микобионта лишайника некоторых специфичных типов гиф: ищущие и охватывающие. Ищущие гифы являются боковыми ответвлениями обычных гиф. После того как ищущие гифы обнаруживают водоросль, у них появляются боковые ответвления, плотно захватывающие и тесно оплетающие клетки водоросли - это охватывающие гифы. Еще один тип специфичный для лишайниковых гиф – это двигательные гифы. Они возникают в зоне водорослей и служат для переноса их клеток в растущий край слоевища, который обычно будет образован одними только гифами микобионта и не содержит водорослей. Благодаря воздушному образу жизни и симбиозу с водорослями у грибов появилась тенденция к развитию сложных вегетативных структур. Как правило, микобионт лишайника образует сложноустроенные талломы, с хорошо дифференцированными анатомическими слоями, которые встречаются лишь у лишайников.
ВОДОРОСЛЕВЫЙ КОМПОНЕНТ (ФИКОБИОНТ)
Водоросли, встречающиеся в слоевище лишайников, называются фикобионтами лишайников. По своему систематическому отношению они относятся к различным отделам: к сине-зеленым (Cyanophyta), зеленым (chlorophyta), желто-зеленым (Xanthophyta) и бурым (Phaeophyta) водорослям. Долгое время считалось, что каждому виду лишайника соответствует свой вид водоросли. Однако сравнительно небольшое количество водорослей способно существовать в симбиозе с грибом. Водоросли, окруженные со всех сторон грибной тканью, значительно меньше света, чем это необходимо для нормальной жизнедеятельности. И если водоросль не может приспособиться к осуществлению процесса фотосинтеза при минимальной световой интенсивности, то она неизбежно погибает. Значит, при образовании слоевища лишайника не гриб подбирает себе подходящего партнера из числа водорослей. Как показало изучение лишайниковых фикобионтов, в слоевище лишайников встречаются представители 28 родов водорослей. Водоросли в слоевище лишайников очень сильно изменяют свой внешний облик. Особенно это касается нитчатых водорослей, которые под действием гриба распадаются на отдельные клетки и часто деформируются. Размножаются водоросли внутри слоевища обычно делением или апланоспорами. Существуют различия между фикобионтами лишайников и свободноживущим водорослями. Так фикобионты лишайников отличаются замедленным ростом в слоевище. Интересно, что при таком росте фотосинтетическая способность у лишайниковых водорослей ничуть не изменилась. Так же было установлено, что водоросли в слоевище лишайников полностью или в значительной степени лишены своих избыточных ассимилированных ими веществ, крахмалом и запасными веществами, липоидов, гликогена и других. Лишайниковые водоросли очень устойчивы к высоким температурам, способны переносить длительное высушивание. Так лишайниковые водоросли претерпевают не только морфологические, но и физиологические изменения.
Накипные имеют слоевище в виде тонкой ( гладкой, зернистой, бугорчатой) корочки и очень плотно срастаются с субстратом(корой, камнем, почвой) – отделить их без повреждений субстрата нельзя.
Листоватые имеют вид мелких чешуек или пластинок, прикрепляются пучками грибных гиф (ризойдами) и легко отделяются от субстрата.
Кустистые имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся кустиков, прикрепляющихся к субстрату своими основаниями.
Наиболее устойчивы к загрязнителям - накипные, среднеустойчивы – листоватые, слабоустойчивы – кустистые.

Методика определения лишайников. 
Рассмотреть срез таллома или апотеции. Срез приготовить лезвием безопасной бритвы, но тонкий. Срез помещают на предметное стекло и рассматривают под 10 кратным увеличением .
Можно воспользоваться индикаторным методом с использованием реактивов.
Основные реактивы.
Едкое кали 5 или10% р-рКОН в воде.Действует на коровой слой, сердцевину таллома и на срезы или диск апотеция. При положительной реакции они могут краснеть, желтеть, буреть, при отрицательной не изменяются. При действии на сердцевину необходимо скальпелем соскоблить часть корки.
Белильная хлорная известь- концентрированный раствор известиCaCl 2O в воде. Сохраняетя темной, плотно закрытой склянке. Изменение окраски такое же.
Йод 10% р-р в йодистом калии или спиртовой раствор йода. Обычно этот реактив используется для срезов. Он придает им синюю окраску, переходящую в вино-красную.
Изменение окраски во многом зависит от свежести материала, иногда требуется до15 минут , чтобы все проявилось
В народной медицине очень часто используется лишайник –пармелия блуждающая(порез-трава, гусиные лапки – народное название) Заготовка этого растения возможны повсеместно. Пармелия развивается на суглинистых и глинистых склонах Бэровских бугров, холмов на всей территории области. Сбор осуществляется в мае.

Вывод. 
Таким образом, в результате проведенных исследований в черте села установлено, что самый чистый воздух по определению с помощью лишайников будет в прилегающей роще, затем  парк. А самой грязной воздушной средой обладает центральная часть села. Выявлено, что большая часть лишайников обитает на деревьях .На территории села обнаружено 4 вида лишайников, которые хорошо произрастают , так как воздух не содержит вредных примесей. Работа не окончена , так как мы не опробировали метод трансплантантов, который видимо более достоверен , так лишайники привнесенные в зону загрязнения естественно покажут степень угнетения.

11.Литература 
1. . Гедымин А.В. ,Грюнберг Г.Ю, Малых М.М. Практикум по картографии с основами топографии . –М.: Просвещение,1981
2. Голубкова, 1983; 2. Копачевская, 1986; 3. Окснер,1956; 4.Окснер, 1971; 5.Томин, 1956.
3 . www.ecosystema.ru «Экосистема» Московский полевой учебный Центр
4 Шапиро И.А. Лишайники: удивительные организмы и индикаторы
состояния окружающей среды\\СПб.: Крисмас+,2003.-108с.