Биоэкология ЙошкарОла, 2005 3 ббк 28. 708
 Скачать 7.87 Mb.
|
|
4.1.1. Морфометрический метод оценки газоустойчивости растений Морфометрический метод основан на выявлении степени повреждения листьев растений. ЗАДАЧА Выявить и количественно оценить поврежденные участки листьев различных видов растений, произрастающих в районах с низкой и высокой степенью загазованности. Ход работы. Для оценки газоустойчивости берут по 10 листьев различных видов древесных растений одного яруса (береза повислая, ель европейская, липа сердцевидная, сосна обыкновенная, тополь бальзамический, туя западная, произрастающих в промышленной зоне города. 2. У каждого листа (хвои) измеряют площадь поврежденной части листа и общую площадь листа. Площадь листа можно определить следующими методами Метод вписанных квадратов Переносят контур листа на бумагу в клеточку, подсчитывают число квадратных сантиметров в центральной части контура и прибавляют число половины неполных квадратов на периферии листа (Мансурова, 2001). Весовой метод(Практикум .., 1982). Вырезают из бумаги квадрат размером 100 см (х см) и взвешивают. На другой листок такой же бумаги кладут исследуемый лист, тщательно обводят его контур карандашом, вырезают его и взвешивают. Из полученных данных составляют пропорцию и находят площадь листа. Если квадрат бумаги в 100 см 2 имеет массу Ага контур листа неизвестной площади – В г, то искомую площадь листа находят следующим образом , 100 см. Показатель повреждаемости или газоустойчивости рассчитывают по отношению площади поврежденной части листа к общей площади листа в процентах. Условно к устойчивым видам относят растения с повреждением газом листовой пластинки от 0 док среднеустой- чивым – от 21 док неустойчивым – свыше 50%. 4. Данные оформляют в табл. 43 и делают выводы. Таблица 43 Площадь поврежденной части листовой пластинки древесных растений различной газоустойчивости Вид Площадь поврежденной части листа, А Общая площадь листа, В Показатель газоус- тойчивости, В/А Оборудование и материалы 1) листья растений, произрастающих в промышленной зоне (или подвергшихся воздействию газов в специальных камерах 2) линейка, 3) миллиметровая бумага. 92 4.1.2. Вакуум-инфильтрационный метод определения вентилируемости губчатой паренхимы Метод относится к группе анатомо-морфологических методов. Он основан на определении количества инфильтруемой в лист воды в процентах по отношению к исходной сырой массе листа. Вентилируемость губчатой паренхимы листа служит диагностическим показателем газо- устойчивости растений. Для устойчивых видов, форм, сортов характерна меньшая вентилируемость губчатой паренхимы. ЗАДАЧА Определить вентилируемость губчатой паренхимы у растений, имеющих различную газоустойчивость. Ход работы. Опыт выполняют в трех вариантах. Для исследования собирают листья древесных растений газоустойчивых, среднегазоустойчивых и неустойчивых к воздействию газообразных загрязняющих веществ табл. 41, 42). Для каждого варианта берут по десять листьев одного вида. Листья взвешивают на аналитических весах для определения их сырой массы. 2. Взвешенные листья полностью помещают в стаканчики с водой, которые переносят в эксикатор. Вакуумным насосом или насосом Камовского из эксикатора откачивают воздух до разрежения 0,1-0,12 МПа и полного удаления воздуха из межклетников (чтобы крышка эксикатора открывалась с большим усилием. Затем открывают крышку эксикатора и медленно впускают воздух, межклетники листа при этом заполняются водой. 3. Стаканчики вынимают из эксикатора, сливают воду, листья об- сушивают с поверхности фильтровальной бумагой и опять взвешивают. Показатель вентилируемости (Р) определяют по формуле %, 100 1 1 где m 1 – первоначальная масса листа, мг m 2 – масса после насыщения межклетников листа водой, мг. 4. Данные оформляют в табл. 44 и делают выводы. Таблица 44 Вентилируемость губчатой паренхимы листьев древесных растений Вид Первоначальная масса листа Масса листа после насыщения водой Показатель вентилируемости, % Оборудование и материалы 1) фильтровальная бумага 2) стаканчики на 100 мл, 3) эксикатор 4) вакуумный насос 5) аналитические весы 6) дистиллированная вода. 93 4.1.3. Проницаемость мембран клеток для электролитов у растений различного уровня газоустойчивости Метод относится к группе биофизических методов определения газоустойчивости растений. Под влиянием газов нарушается регуляторная функция мембран клеток растений. Одним из способов регистрации нарушения функций плазмалеммы является измерение проницаемости мембран по десорбции электролитов в дистиллированную воду. Последействия газов у менее устойчивых видов проницаемость клеточных мембран значительно выше, чему газоустойчивых. ЗАДАЧА Проанализировать проницаемость мембран для электролитов у растений различного уровня газоустойчивости (табл. 41, 42). Ход работы. Для каждого варианта берут по десять листьев с растений одного яруса и местоположения. Образцы нарезают лезвием на кусочки размером 1,5-2 мм. Нарезанный растительный материал помещают в капроновый мешочек и промывают под струей водопроводной воды в течение 20 мин, затем 1-2 мин – дистиллированной водой, обсушивают фильтровальной бумагой, берут навески по 0,5 г и помещают в стеклянные стаканчики с 50 мл дистиллированной воды. Рис. 20. Кондуктометр 2. Стаканчик с навеской ставят на встряхиватель и встряхивают в течение 1 часа. Через 60 мин настой сливают и измеряют электропроводность раствора на кондуктометре (рис. 20). По величине электропроводности раствора судят око- личестве электролитов в диффу- зиатах тканей. Единицы измерения микросименсы (mS/г -1 сырой массы. 3. Данные оформляют в табл. 45 и делают выводы. Таблица 45 Выход электролитов из листьев растений различного уровня газоустойчивости Вид Проба Электропроводность раствора Оборудование и материалы 1) дистиллированная вода 2) кондуктометр; 3) стаканчики на 100 мл 4) лезвия 5) фильтровальная бумага 6) встряхиватель. Контрольные вопросы 1. Что такое газоустойчивость? 2. Какие виды газоустойчивости вызнаете. Какие газообразные вещества являются приоритетными загрязнителями атмосферного воздуха 4. На какие физиологические процессы оказывают влияние токсичные газы 5. Какие виды наиболее распространенных древесных растений, произрастающих в вашем городе относят к группе газоустойчивых, какие к неустойчивым 6. Какая из этих групп может использоваться для биоиндикации загрязнения окружающей среды 4.2. СОЛЕУСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ Избыточное содержание минеральных солей характерно для 25% почв планеты, к тому же количество засоленных почв с каждым годом возрастает. Особую тревогу вызывает увеличение в почвах содержания солей, которое происходит в результате их искусственного орошения. Кроме того, воды океана, занимающего две трети поверхности Земли, содержат 3-4% солей, вследствие этого значительное засоление почвы происходит в литоральной и супралиторальной зонах и вдоль побережья. Растения в городской среде также зачастую испытывают воздействие высоких концентраций соли, используемой в зимнее время в качестве антигололедного реагента. Вредное действие засоления имеет комплексный характер и обусловлено как нарушением осмотического баланса клетки, что негативно сказывается на водном режиме и минеральном обмене клетки, таки прямым токсическим влиянием ионов (Na + , SO 4 -2 , Cl - , CO 3 -2 ) на физиологические и биохимические процессы в клетке (Пахомова, 1999). Результатом такого действия может быть уменьшение тургора клетки, ингибирование активности ряда ферментов, подавление фотосинтеза и т.д. Некоторые растения способны приспосабливаться к высоким концентрациям солей. Такие растения, толерантные к засолению, то есть на протяжении всего жизненного цикла способные расти в присутствии высокого уровня соли (более 300 Мм, называются галофитами. Они делятся натри группы 1. Эугалофиты (настоящие, или соленакапливающие) – наиболее солеустойчивые растения, накапливающие в вакуолях соли в значительных концентрациях (солерос европейский, сведа стелющаяся. 2. Криногалофиты, или солевыводящие галофиты – растения, которые, поглощая соли, не накапливают их внутри тканей, а выводят из клеток с помощью секреторных железок, расположенных на листьях (кермек опушенный, тамарикс ветвистый и др. 3. Гликогалофиты, или соленепроницаемые галофиты растут на менее засоленных почвах. Высокое осмотическое давление в их клетках поддерживается за счет продуктов фотосинтеза, а мембраны клеток ма- лопроницаемы для солей, те. значительного накопления солей в их тканях не происходит (полынь солянковидная и др. Растения незасоленных почв и водоемов – гликофиты, в условиях засоления также обнаруживают определенную способность к перенесению избытка солей, и, следовательно, обладают возможностью приспосабливаться к повышенному уровню засоленности. Относительной устойчивостью обладают ячмень, сахарная свекла, хлопчатник и некоторые другие (Чиркова, 2002). 4.2.1. Оценка солеустойчивости растений по изменению показателей прорастания семян в солевых растворах Метод относится к прямым универсальным методам оценки соле- устойчивости, основан на различной способности семян прорастать в присутствии солей. ЗАДАЧА Оценить солеустойчивость различных видов древесных и травянистых растений. Ход работы. Тщательно вымытые чашки Петри и нарезанные кружки фильтровальной бумаги заблаговременно стерилизуют высокой температурой (Св течение 2 ч, а перед закладкой семян чашки протирают этиловым спиртом. Отбирают здоровые, всхожие семена различных видов растений, дезинфицируют их, помещая марлевые мешочки с семенами в 1%-ный раствор KMnO 4. 2. Для работы готовят водные растворы химически чистой поваренной соли различных концентраций (0,01; 0,1; 1,0; 1,5; 2,0%). 3. В чашки Петри на фильтровальную бумагу, смоченную водой контроль) и раствором соли (опыт, раскладывают семена. Чашки с семенами помещают в термостат при постоянной температуре +С. 4. Через 6-12 дней проводят подсчет проросших семян и сравнивают с контролем. Результаты записывают в табл. 46. Солеустойчивость исследуемых видов определяют по формуле , 1 n n P где Р – солеустойчивость растений n 1 – количество проростков в варианте засоления n – количество проростков в контроле. На основе полученных данных делают заключение о солеустой- чивости исследованных растений. 5. Данные оформляют в табл. 46 и делают выводы. Таблица 46 Количество семян, проросших в растворах с различной концентрацией хлорида натрия Вид Количество проросших семян, шт. % к контролю контроль засоление Оборудование и материалы 1) термостат 2) сушильный шкаф 3) чашки Петри; 4) мерная посуда 5) пинцет 6) фильтровальная бумага. Реактивы 1) 1% раствор KMnO 4 ; 2) этиловый спирт 3) растворы NaCl различной концентрации. 4.3. УСТОЙЧИВОСТЬ К ГИПО-И АНОКСИИ Явления гипоксии и аноксии (те. временного дефицита или отсутствия кислорода) широко распространены в природе. Условия кислородной недостаточности возникают при временном или постоянном переувлажнении, при заболачивании, при вымокании растений, образовании ледяной корки на озимых посевах, в результате создания асфальтовых покрытий в городах, в процессе орошаемого землепользования, при хранении сельскохозяйственной продукции и т.д. Таким образом, наиболее часто в условиях дефицита кислорода оказываются озимые хлеба, соя, рис, хлопчатника также некоторые древесные растения (ель европейская, сосна обыкновенная, береза повислая, фруктовые деревья и т.д.) (Полевой и др, 2001). Приспособления к существованию при недостатке кислорода направлены, с одной стороны, на сохранение близкого к нормальному уровню содержания кислорода в тканях, ас другой – на адаптацию к функционированию при пониженной концентрации кислорода в среде. В связи с этим, клетки растений по отношению к механизмам адаптации к аноксии делятся на две группы 1) клетки органов, обитающих в аэробной среде, избегающие недостатка кислорода благодаря транспорту О из аэрируемых зеленых частей (например, взрослые растения риса, осоки и других гигро-и гидрофитов); 2) клетки, активно противодействующие анаэробиозу за счет перестройки метаболизма. Первое свойство называют кажущейся резистентностью к анаэробиозу, а вторую – истинной. У растений, корни которых постоянно испытывают недостаток содержания кислорода, в процессе длительной эволюции появились разнообразные изменения в морфолого-анатомическом строении тканей разрастание основания стебля, образование дополнительной поверхностной корневой системы, вентиляционных систем межклетников, аэренхимы, необходимых для транспорта кислорода из надземных частей растения в корни. Кроме того, возникают приспособления на физиолого- биохимическом уровне появляются удлиненные митохондрии, контактирующие друг с другом, происходит увеличение активности пентозо- фосфатного пути дыхания и др. (Чиркова, 2002). 4.3.1. Исследование проницаемости мембран клеток органов растений, находившихся в различных условиях аэрации ЗАДАЧА Изучить изменение проницаемости клеточных мембран в условиях недостатка кислорода у растений, произраставших в условиях кислородной недостаточности. Ход работы. Образцы листьев берут у растений гигрофитов (стрелолист обыкновенный, частуха подорожниковая и т.д.) из прикорневой части (находившиеся длительное время под водой) и из верхнего яруса (нормальные условия аэрации. 2. Пробы листьев для определения проницаемости клеточных мембран готовят в соответствии с пунктом 4.1.3. 3. Электропроводность раствора измеряют на кондуктометре через минут. Строят кривые динамики выхода электролитов из листьев при разных условиях аэрации. 4. Данные оформляют в табл. 47 и делают выводы. Таблица 47 Изменение проницаемости мембран листьев при различных условиях аэрации Время, мин. Листья Показания прибора в нормальных условиях аэрации погруженные вводу Оборудование и материалы 1) дистиллированная вода 2) кондуктометр; 3) стаканчики на 100 мл 4) лезвия 5) фильтровальная бумага 6) встряхиватель. Контрольные вопросы 1. Что называется гипоксией и аноксией 2. Назовите виды растений, которые наиболее часто находятся в условиях недостатка кислорода. 98 3. Перечислите основные приспособления растений к недостатку кислорода. 4.4. ОХРАНА ЗЕЛЕНЫХ НАСАЖДЕНИЙ ГОРОДОВ Озелененные территории являются неотъемлемой частью города. Объекты озеленения участвуют в формировании облика города, имеют сани- тарно-гигиеническое, рекреационное, ландшафтно-архитектурное, культурное и научное значение. Однако, повышенная загазованность, запыленность и задымленность воздуха, особенно температурного и водного режимов воздуха и почвы, наличие каменных, бетонных и металлических поверхностей, асфальтовое покрытие улиц и площадей, наличие подземных коммуникаций и сооружений в зоне корневой системы, дополнительное освещение растений в ночное время, интенсивный режим использования городских насаждений населением, обуславливают специфичность экологической среды города и ее резкое отличие от естественной обстановки, в которой сформировались биологические и экологические особенности растений. В настоящее время острой проблемой является создание законодательной и нормативно-технической базы, координирующей полезную эффективность зеленых насаждений с социальными и экономическими интересами юридических владельцев озелененных территорий и административных органов города (Правила …, 2002). Оценка жизнеспособности деревьев в городской среде Состояние деревьев визуально определяется по сумме основных биоморфологических признаков густота кроны, ее облиственность или охвоенность, размер и цвет листьев (хвои, наличие или отсутствие отклонений в строении ствола, кроны и побегов, наличие и доля сухих побегов в кроне или суховершинность, целостность и состояние коры и луба. Дополнительными признаками являются пораженность деревьев вредителями и другими негативными природными и антропогенными факторами среды. Оценка состояния деревьев проводится двумя способами, взаимно дополняющими друг друга. Во-первых, в городских насаждениях принято разделять деревья натри группы качественного состояния 1 – хорошее, 2 – удовлетворительное и 3 – неудовлетворительное. Во-вторых, на основании действующих Санитарных правил в лесах Российской Федерации) выделяют 6 категорий состояния (жизнеспособности) деревьев деревья без признаков ослабления, 2 – ослабленные, 3 – сильно ослабленные усыхающие, 5 – сухостой текущего года (усохшие в текущем году, 6 – сухостой прошлых лет. Критерии оценки состояния деревьев обоими способами и их сопоставимость представлены в табл. 48 Методические рекомендации по оценке, 2003). Таблица 48 Критерии оценки категорий состояния деревьев Качественное состояние деревьев Основные признаки качественного состояния деревьев Категория состояния (жизнеспособности) деревьев Основные признаки категорий жизнеспособности деревьев Хорошее Деревья здоровые, нормального развития, густо облиственные, окраска и величина листьев нормальные, заболеваний и повреждений вредителями нет, без механических повреждений 1 Без признаков ослабления Листья (хвоя) зеленые, нормальных размеров крона густая, нормальной формы и развития прирост текущего года нормальный для данного вида, возраста, условий произрастания деревьев и сезонного периода повреждения вредителями и поражение болезнями единичны или отсутствуют Удовлетворительное Деревья условно здоровые сне- равномерно развитой кроной, недостаточно облиственные, заболевания и повреждения вредителями могут быть, но они в начальной стадии, которые можно устранить, с наличием незначительных механических повреждений, не угрожающих жизни 2 Ослабленные Листья (хвоя) часто светлее обычного крона слабо ажурная прирост ослаблен по сравнению с нормальным, в кроне менее сухих побегов возможны признаки местного повреждения Сильно ослабленные Листья мельче или светлее обычного, хвоя светло-зеленая или сероватая матовая крона изрежена, сухих побегов от 25 до 50%, прирост побегов уменьшен более чем наполовину по сравнению с нормальным часто отмечаются признаки повреждения побегов и листьев болезнями и вредителями Неудовлетворительное Крона слаборазвита или изрежена, возможна суховершинность и усыхание кроны более 75% (для ильмовых насаждений, пораженных голландской болезнью с |