Материал: Фітоіндикаційне дослідження стану навколишнього середовища урбоекосистем Криворіжжя

Таким чином на сьогоднішній день існує об’єктивна необхідність створення системи біоіндикаторів та біомаркерів для визначення інтенсивності мутагенного фону на урбанізованих територіях.

РОЗДІЛ ІІ

ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ

.1 Об’єкти дослідження

Об’єктами нашого дослідження були листові пластинки Тополі чорної (Populus nigra L), пилкові зерна Каштану кінського (Castanea vulgaris Lam.) та Акації білої (Robini pseudoacacia L.), які були відібрані із моніторингових ділянок на території Жовтневого та Саксаганського районів міста Кривий Ріг..

Тополя чорна (Populus nigra L) відноситься до роду Populus L. [3]. Це великі дерева висотою 40-45 м (до 60 м) і діаметром стовбура більше 1 метра. Крона яйцеподібна, яйцевидно-пірамідальна або пірамідальна. Кора стовбура буро-сіра або темно-сіра; гілок - гладка, сіра або оливково-сіра. Коренева система сильна, але здебільшого поверхнева, що йде далеко за межі проекції крони. Листя черешкові, чергові, голі або опушені, від ланцетних до широкояйцеподібних, форма листа залежить від пагону, на якому знаходиться, і від положення його на цьому пагоні.

Рослина дводомна, іноді однодомна, цвіте до появи листя або одночасно з ними; здатність плодоносити настає в 10-12 років. Квітки зібрані в циліндричні, прямостоячі або повислі суцвіття - сережки (колосоподібні кисті), опадає по відцвітанню або випаданню насіння. Кожна квітка в сережці розвивається в пазусі пальчасто-розсіченого приквітника; вище якого знаходиться, так званий диск. Зав'язь одиночна, з 2-4 сидячими лопатевими рильцями. Тичинок від 3 до 60, з короткою ниткою і двогніздовим пильником. Дуже рідко трапляються двостатеві квітки.

Тополя пророщена з насінини. Плід - коробочка, що розкривається 2-4 стулками. Насіння дрібне, довгасте або довгасто-яйцеподібне, чорне або чорно-буре, довжиною 1-3 мм, при основі мають пучок численних тонких шовковистих волосків («тополиний пух»). В 1 г більше 1 000 насінин.

Тополя добре реагує на стан зовнішнього середовища. Її листя є добрими біоіндикаторами в містах. Тополя є біоіндикатором відкритого типу.

При аналізі стерильності чоловічого гаметофіту та морфометрії пилкових зерен об’єктом нашого дослідження були пилкові зерна каштану та акації .[3]..

Каштан кінський (Castanea vulgaris Lam.) - листопадне дерево, що досягає 25 м висоти , або чагарник висотою 1,5-5 м. Листя великі , складні 5 - 7 - пальчасті , супротивні, з довгими черешками , без прилистників. Утворюють щільну крону. Квітки до 2х см діаметром, двостатеві, неправильні, з косою площиною симетріі , що проходить через четвертий чашолисток. Суцвіття велике, у вигляді пірамідальних прямостоячих кистей. Квітковий покрив подвійний: зелена чашечка складається з 5 зрощених у чашолистків; білуватий з рожевим віночок складається з п'яти вільних пелюстків, з яких один , що знаходиться між третім і четвертим чашолистками, дуже маленький, а іноді його й зовсім не буває. Тичинок 7, нитки у них довгі і зігнуті; маточка одна, що складається з 3 плодолистків. Зав'язь верхня трьохгнізда, в кожному гнізді по 2 сім’ябруньки , з яких одна спрямована вгору, а інша вниз; стовпчик довгий. Цвіте в травні- червні. Нектар квіток каштана містить 65-75% сахарози. Форма кінського каштана з махровими квітками нектару не дає.

Плід - трьохстворчата шипувата коробочка, що відкривається по стулкам , з однією великою насіниною; зародок зігнутий , білка немає.

Акація біла (Robinia pseudoacacia L. ) - дерево родини бобових, світлолюбне, до 35 м заввишки. Кора коричнева іноді з глибокими тріщинами. Листки 18-20 см завдовжки, чергові, непарноперисті з 4-10 парами довгастих, довгасто-овальних або овальних листочків від 2 до 4 (6) см завдовжки.

Листочки цілокраї з округлою або трохи звуженою основою і тупою верхівкою, яка закінчується вістрям. Зверху листочки зелені, зісподу блідо-зелені або сірувато-зелені, по жилках трохи опушені. Прилистки (до 3 см завдовжки) мають вигляд прямих або трохи зігнутих колючок.

Квітки (15-20 см завдовжки) зібрані в негусті (коротші за листки) пазушні пониклі китиці (10-20 см завдовжки). Оцвітина подвійна. Чашечка (6-8 мм завдовжки, 45 см завширшки) зрослолиста, п'ятизубчаста, короткоопушена. Віночок метеликового типу з п'яти вільних пелюсток, білий або блідо-рожевий. Тичинок десять, з них дев'ять зрослися нитками в трубочку, маточка одна, зав'язь верхня, стовпчик зігнутий, з головчастою приймочкою. Плід - довгасто-лінійний біб (4-8 см завдовжки), насінини вузько-ниркоподібні, коричневі або темно-бурі, матові.

Росте в культурі в чистих і мішаних насадженнях. Солевитривала, світлолюбна рослина. Цвіте у травні-червні.

.2 Аналіз стерильності чоловічого гаметофіту та морфометрія пилкових зерен

Стерильність чоловічого гамето фіту досліджують з метою виявлення гаметоцидного ефекту [18]. Для цього в період масового цвітіння з нижнього ярусу крони однорічних пагонів відбирають квіткові суцвіття. Матеріал фіксували в суміші абсолютного етилового спирту і льодяної оцтової кислоти (3:1) при t = 0 - 40 С протягом 24 год. і, для збереження, переносять в 80 % етиловий спирт. Кількість фертильних та стерильних пилкових зерен визначають на тимчасових препаратах, забарвлених йодним розчином за Грамом. При цьому переглядають по 1000 - 3000 зерен від однієї особини. Для зручності аналізу в кожному варіанті обчислювали коефіцієнти стерильності за формулою:

,

де G - кількість стерильних пилкових зерен; N - кількість досліджених пилкових зерен.

Потім знаходять помилку розрахунку за виразом:

При цьому повинна виконуватись умова 3m < M, у противному разі необхідно збільшувати кількість спостережень, щоб зменшити помилку.

Вимірювання діаметру пилкових зерен проводять за допомогою окуляр-мікрометра МОВ-1-15х (по 100 зерен від однієї рослини). При цьому вивчають такі характеристики, як середня величина пилкових зерен і рівень морфологічної різноякості пилку. Для визначення останньої в кожному варіанті обчислюють відсоток дуже малих і надто великих пилкових зерен, що відповідно, в 1,5 - 2 рази менші чи в 1,3 - 1,5 рази більші за середню контрольну величину.

2.3 Морфометричні показники листкових пластинок як показник якості стану атмосферного повітря

Для свого дослідження ми використовували метод «Визначення стану довкілля за площею листків на вулицях міста» [18]

Усі метамерні органи рослин реагують на забруднення середовища або абіотичні фактори. Ростові процеси у рослин складаються із численних під процесів і фактично є сумарними. Рослини здатні до великої мінливості і діапазон їх норми-реакції дуже високий.

Існує декілька методів вимірювання площі листків: ваговий, за допомогою світлочутливого паперу, підрахунок квадратів на міліметровому папері, планіметричний [5].

Модифікацією вагового методу є розробка Л. В. Дорогань (1994), де попередньо для деревної породи визначають перевідний коефіцієнт, а потім шляхом вимірювання довжини і ширини листка проводять підрахунок площі листка.

Для цього ми зрізали по 30 листків з дерев тополі чорної, що ростуть у різних екологічних умовах і складували їх у конверти, з заздалегідь підготовленими етикетками.

Встановлення перевідного коефіцієнту базувалося на порівнянні маси квадрату паперу з масою листка, який має таку саму довжину і ширину.

Для цього ми брали папір, обкреслювали квадрат, що дорівнює довжині і ширині листка, а потім акуратно обмальовували його контур.

На кожному такому квадрати ми обчислювали площу, вирізали і зважували його. Потім вирізали контур листка і також зважували його.

З одержаних даних обчислювали перевідний коефіцієнт:

Де  - перевідний коефіцієнт;- площа листка(л), або квадрату паперу(кв);

Р - маса квадрату паперу(кв) або листка(л).

Для тополі такий коефіцієнт приблизно становить - 0,60 - 0,66.

Після цього ми вимірювали довжину (А), та ширину (В) кожного листка і множили на перевідний коефіцієнт (К).

За отриманими результатами площ листових пластинок знайшли їх середнє значення - S сер.

І за остаточними даними ми побудували варіаційні криві зустрічальності маленьких і великих листків в різних екологічних умовах.

РОЗДІЛ ІІІ

ФІТОІНДИКАЦІЙНА ОЦІНКА КРИВОРІЗЬКОЇ УРБОЕКОСИСТЕМИ

.1 Аналіз морфометричних показників листкових пластинок Populus nigra L

Важливим показником чистоти атмосферного повітря є кількість пилу, яка потрапляє до нього від стаціонарних та пересувних джерел забруднення. Зелені насадження відіграють роль природних очисників і затримують на своїх листових пластинках, більшість токсичних речовин. А це впливає на процеси росту та розвитку і найчастіше проявляється у їх зниженні [14]. Тому площі листових пластинок на території з надмірним техногенним навантаженням виявляються меншими аніж на деревах, які проростають в більш сприятливих екологічних умовах.

Для проведення дослідження були виділені в кожному районі наступні моніторингові ділянки:

·   в Жовтневому районі - ділянка № 1 - 7-ий Зарічний; ділянка № 2 - сквер по вул. Десантна; ділянка № 3 - сквер в районі 5-го Зарічного; ділянка № 4 - 4-ий Зарічний; ділянка № 5 - вул. Ватутіна.

·   в Саксаганському районі - ділянка № 1 - зупинка «Ювілейна»; ділянка № 2 - сквер поблизу дитячої лікарні № 4; № 3 - парк поблизу БК «Саксагань» № 4 - поблизу шахти ім.. Артема № 5 - зупинка «вул.. Тинка».

Використання методики «Визначення стану довкілля за площею листків на вулицях міста» за Л. В. Дорогань дозволило нам отримати дані про зміну морфологічних показників (табл.. 1). Під час розрахунку користувалися стандартними методами варіаційної статистики і визначали середні арифметичні показники площ листових пластинок (M), похибку середнього арифметичного (m x) та коефіцієнт варіації (V %). Таким чином для Populus nigra L у межах всіх дослідних ділянок м. Кривий Ріг спостерігається статистично достовірне (Р = 5%) зменшення показників площі листових пластинок. Так найменший показник зафіксовано в Жовтневому районі міста зафіксовано на ділянці № 5 м. Кривий Ріг - вул.. Ватутіна і знаходиться у межах 12,72 ± 1,69, найбільший на ділянці № 1 - 7-й Зарічний у межах 19,24 ± 2,52. В Саксаганському районі найменший показник зафіксовано на ділянці № 4 (поблизу шахти ім.. Артема) - 11,18 ± 1,24, а найвищий на ділянці № 3 (зупинка «вул.. Тинка») - 30,08 ± 2,34.

Таблиця 1

Показники площі листкових пластинок у Жовтневому районі

За отриманими даними ми побудували варіаційні ряди та представляємо їх графічне зображення - варіаційну криву. (рис. 1, 2)

Рис.1.

Варіаційна крива побудована на основі показників площ листових пластинок із моніторингових ділянок № 1 - № 5 на території Жовтневого району

Рис.2.

Варіаційна крива побудована на основі показників площ листових Саксаганського району

Одержані результати вказують на зміну аналізованих морфометричних параметрів листків POPULUS NIGRA L. штучних фітоценозів міста в умовах урботехногенного забруднення середовища існування. Загальною тенденцією є зменшення розмірів листкових пластинок.

3.2 Порівняльний аналіз репродуктивних структур рослин в умовах урбоекосистем

Генеративні та вегетативні органи будь-якого одного виду можуть виявитися стійкими до дії того чи іншого забруднювача. У зв’язку з цим стан середовища неможливо охарактеризувати шляхом вивчення реакції на екстремальні чинники тільки одного виду. Тому для виявлення найбільш чутливого фітоіндикатора забруднення довкілля за рівнем зниження фертильності пилку ми здійснили дослідження з оцінки цього показника у 2-х видів деревних рослин, які відносяться до різних груп стійкості. Матеріал для дослідження був відібраний з моніторингових ділянок, розташованих в межах Жовтневого та Саксаганського районів міста Кривий Ріг.

У якості тест - систем ми обрали Каштан кінський (Castanea vulgaris Lam.) - 3 група стійкості (середньостійкі) та Акацію білу (Robini pseudoacacia L.) - 4 група стійкості (чутливі).

У нище наведених таблицях підраховані та проаналізовані дані дослідження по фертильності та стерильності пилкових зерен Robini pseudoacacia L.(табл..2) та Castanea vulgaris Lam. (табл. 3) в умовах урбоекосистем міста Кривий Ріг.

У зв’язку з тим, що всі біоіндикаційні виміри мають свої одиниці виміру, отримані результати необхідно перевести їх в єдину безрозмірну систему умовних показників ушкодженості (УПУ) біосистем. Це дає можливість виконати інтегральну оцінку стану довкілля за токсико-мутагенним фоном і визначити рівні екологічної безпеки для людини та біоти [18]. Умовний показник ушкодженості біоіндикаторів визначають за формулою:

де Преал. - реальне значення біопараметру, Пкомф. Та Пкрит - експериментально встановлені значення біопараметра в комфортних та критичних умовах відповідно

На рис. 3 представлені пилкові зерна досліджуваних видів рослин, що зростають у різних зонах урботехногенного забруднення.

 а  б

Рис. 3 Пилкові зерна: а - Castanea vulgaris Lam. ; б - Robini pseudoacacia

Як видно з таблиць 2 та 3 стерильність пилку деревних рослин збільшується на всіх моніторингових ділянках. Але показники різняться у дослідних видів акації білої та каштану кінського. Крім стерильності збільшується й кількість зерен морфологічно змінених, тобто гігантських або занадто дрібних.