Лишайники – индикаторы качества окружающей среды в г.Нягань, 8 класс

Министерство образования Российской Федерации

Муниципальное образовательное учреждение

«Общеобразовательная средняя школа №3»

Лишайники – индикаторы качества окружающей среды в г.Нягань

Руководитель: учитель биологии

Скрипкина Светлана Валентиновна

Выполнили: ученицы 8 а класса

Лущ Инна Владимировна

Стальмакова Виктория Геннадьевна

г. Нягань

2009

Лишайники – индикаторы качества окружающей среды в г.Нягань

Лущ Инна Владимировна, Стальмакова Виктория Геннадьевна

Российская Федерация, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, г.Нягань

Муниципальное образовательное учреждение

«Общеобразовательная средняя школа №3»

Аннотация

Лишайники являются индикаторами окружающей среды, поэтому данный выбранный объект подходит для выявления загрязненности воздуха в городе. Местом исследования были выбраны деревья, камни на территории первого микрорайонов города.

Цели исследования:

• Провести анализ современного состояния лишайников флоры г. Нягань.

• Установить степень загрязнения воздушной среды методами лихеноиндикации.

В результате исследований в черте города (I микрорайона) установлено, что воздушная среда в городе неблагоприятна. Экспериментально установлено, что в воздухе уже при концентрации диоксида серы 0,08 – 0,10 мг/м3 в хлоропластах водорослевых клеток лишайников начинается деградация хлорофилла. Нами были проведены исследования по обнаружению загрязняющих веществ в снеговых пробах. В снеговых пробах нами были обнаружены ионы окислов серы. Используя метод растрового картирования с последующим обследованием каждого квадрата и всех пригодных мест обитания лишайников, выяснилось, что произрастают они только на небольших территориях в центральной части микрорайона: на деревьях территорий д/c «Буровичок» и «Веснянка». В целом, как оказалось, территория I микрорайона представляет собой лишайниковую пустыню. А это значит, что концентрация диоксида серы превышает 0,5 мг/м3. На территории города были обнаружены 2 вида лишайников — гипогимния вздутая (Hipohimnia physodes) и пармелия козлиная (Parmelia caperata), которые слабо произрастают.

Лишайники – индикаторы качества окружающей среды в г.Нягань

Лущ Инна Владимировна, Стальмакова Виктория Геннадьевна

Российская Федерация, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, г.Нягань

Муниципальное образовательное учреждение

«Общеобразовательная средняя школа №3»

План исследований

Актуальность. 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, тем более на территории Ханты-Мансийского округа, где в условиях низких температур природа более чувствительна к антропогенным воздействиям.

Лишайники являются индикаторами окружающей среды, поэтому данный выбранный объект подходит для выявления загрязненности воздуха в городе. Местом исследования были выбраны деревья на территории первого микрорайонов города, камни.

Цели исследования:

• Провести анализ современного состояния лишайников флоры г. Нягань.

• Установить степень загрязнения воздушной среды методами лихеноиндикации.

Задачи исследования:

• Собрать данные об особенностях строения, жизнедеятельности, многообразии, значении лишайников в природе и жизни человека.

• Изучить видовое разнообразие лишайников в городе.

• Оценить загрязненность воздуха с помощью лишайников.

• Составить лихеноиндикационную карту первого микрорайонов города.

Гипотеза. Можно предположить, что на территории города количество и видовое разнообразие лишайников будет невелико.

Методы исследования.

1. Использована методика составления лихеноиндикационных карт.

2. Использована методика определения химических загрязнений в снегу.

Характеристика лишайников. Лишайники – своеобразная группа симбиотических организмов, морфологическую основу тела которых образует гриб. Эти примитивные растения представляют собой вид сожительства грибов и водорослей. Водоросль или цианобактерия является автотрофным компонентом тела (фикобионт), гриб – гетеротрофным (микобионт). Вместе они образуют единый симбиотический организм.

Наука, изучающая лишайники, называется лихенологией. Количество видов лишайников оценивается по числу видов встречающихся в них грибов. Оно составляет приблизительно 18000.

Среди лишайников различают экологические группы: растущие на почве, деревьях, скалах и т.п. Лишайники встречаются на субстратах, казалось бы, совсем не подходящих для обитания. Их находили на железе, на смоле, древесном угле, костях, оконных стёклах, фаянсе, фарфоре, коже, картоне, линолеуме, в войлоке. Такое разнообразие свидетельствует о том, что лишайники часто используют субстрат, лишь как опору. Живут долго – до 80 лет, а некоторые даже до 600 лет. Лишайники — очень медленно растущие организмы. Прирост их таллома при благоприятных условиях колеблется в зависимости от вида от 1 до 8 мм в год. Такое разнообразие свидетельствует о том, что лишайники часто используют субстрат, лишь как опору. Они очень требовательны к чистоте воздуха, не выносят дыма, копти и особенно сернистых газов. Лишайники в городе указывают на появление в воздухе серы и ее соединений: чем больше серы, тем меньше становится лишайников.

Большинство лишайников состоят из образованной гифами плотной коры, в которой имеются необходимые для дыхания поры. Кора позволяет всасывать влагу из воздуха и защищает лишайник от переохлаждения или перегрева. Под корой гифы более рыхлые, между ними располагаются клетки водоросли (Приложение I)

По строению тела (слоевища) различают накипные (коpковые), листоватые и кустистые лишайники. 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 (ризоидами) и легко отделяются от субстрата. Кустистые имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся кустиков, прикрепляющихся к субстрату своими основаниями.

Наиболее известны несколько родов лишайников. Род кладония (Cladonia) насчитывает более 200 видов. Широко распространена ксантория постенная (Xanthoria parietina), имеющая вид желто-оранжевых листоватых розеток на стволах деревьев (на осинах и тополях). Некоторые виды алектории (Alectoria) и уснеи (Usnea) растут в виде длинных сероватых или черно-бурых косм (бородатые лишайники) на ветвях и стволах деревьев. Очень обычны представители родов пармелия (Parmelia) (около 700 видов) и цетрария (Cetraria) (свыше 45 видов). Цетрария кустистая (C.islandica) растет на почве в тундрах, борах и на песках и называется «исландским мхом» (Приложение II).

Размножение лишайников осуществляется половым и бесполым (вегетативным) способами. При этом размножается либо собственно лишайник, либо микобионт. Вегетативное размножение наблюдается наиболее часто и основано на способности слоевища лишайников регенерировать из отдельных участков. Оно осуществляется путем фрагментации (отделения участков слоевища) или с помощью специальных образований – соредий, изидий и лобул. Фрагментация происходит механически, так как хрупкие в сухую погоду лишайники легко ломаются от прикосновения животных или людей. Попав в соответствующие условия, отдельные участки лишайников развиваются в новое слоевище. Соредии – мельчайшие образования, включающие одну или несколько клеток водоросли и окруженные грибными нитями. Изидии – бугорчатые палочковидные выросты на верхней поверхности слоевища, состоящие из фикобионта и микобионта. Лобулы имеют вид маленьких чешуек, расположенных вертикально на поверхности слоевища или по его краям. При споровом размножении микобионта образуются споры. Половой процесс в тех случаях, когда гетеротрофный компонент – сумчатый гриб в общих чертах сходен с таковым у свободноживущих сумчатых грибов. В результате полового процесса образуются споры гриба лишайника, которые развиваются в закрытых плодовых телах – перитециях, имеющих узкое выводное отверстие вверху, или в апотециях, широко открытых к низу. Пpоpосшие споры, встретив соответствующую своему виду водоросль, образуют с ней новое слоевище.

Значение лишайников в природе и жизни человека. В растительном покрове лишайники играют значительную роль, особенно в северных и высокогорных областях. Они — существенные компоненты растительного покрова, равнинных и горных тундрах и, отчасти, таёжных лесов. Лишайники могут расти в таких условиях, в которых другие организмы существовать не могут, и часто являются пионерами зарастания каменных субстратах. Осваивая их, они прокладывают дорогу другим растениям.

Будучи одним из основных напочвенных растений, тундровые зоны, некоторые лишайники (кладонии и центрарии) являются главным кормом северных оленей. Олени чувствуют запах даже под снежными покровами, из-под которых они их достают, разгребая снег копытами. Лишайники используют в пищу и другие животные, например свиньи и овцы.

Японцы используют в пищу и даже экспортируют в страны Юго-Восточной Азии, растущий на скалах листоватый лишайник — гирофору съедобную (Gyrophora esculenta). Съедобен также и лишайник аспицилия съедобная (Aspicilia esculenta), растущий в степной и полупустынной зонах. В результате взаимодействия гриба и водоросли, образуются специфические вещества, которые нигде в природе больше не встречаются. Это лишайниковые кислоты. Некоторые из этих кислот обладают антибиотическими действиями, например усниновая кислота, образуемая 70 видами лишайников. Это сильный антибиотик, в который под названием бинан введён в медицинскую и ветеринарную практику, для лечения свежих посттравматических и послеоперационных раненых поверхностей, варикозных и трофических язвах, ожогов первой и второй степени, а также при острых гнойных воспалительных процессах мягких тканей. Некоторые вещества, выделенные из лишайников, обладают свойством стимуляторов. На этом основано использование в народной медицине отваров цетрарии исландской (исландский мох). В её состав входит паралихестериновая кислота, обладающая тонизирующим действием. Лишайниковые вещества обладают и другими интересными свойствами, например, известно антиопухолевое действие полиоровой кислоты и кардиотоническая активность пульфинового дилактона.

Кроме того, лишайниковые вещества могут найти применение в фитопатологии. Так, усниновая кислота активно против заболеваний томатов; усниновая, вульпиновая, физодовая и салициновая кислоты-против грибов, разрушающих древесину, а экстракты из лишайников, содержащие усниновую, леканоровую и псоромовую кислоты, проявляют активность против вирусного заболевания табачная мозаика. Лишайники широко используют в парфюмерной промышленности. Издавна было известно, что некоторые из них содержат ароматические вещества. В древнем Египте и позднее, 15-18 в.в., из сухих лишайников получали порошки, которые употребляли для изготовления пудр, в частности, пудр для париков. Из широкого распространённого лишайника эверния сливовая (дубовый мох) извлечено ароматическое вещество резаноид, являющейся хорошим закрепителем аромата. Резаноид входил в состав «Шипра», «Кристалла», «Кремля», «Кармен», и ряда других одеколонов. Резаноид используют и в других косметических изделиях-кремах, пудрах, мылах и сухих духах. Этот же лишайник и реже другой — видэверния шелушащаяся — применялись в странах Северной Африки для ароматизации хлеба. Некоторые лишайники из рода Рачелла, растущий на морских побережьях, а также охролехия виннокаменная, растущая на скалах и на почвах северных районов, с глубокой древности применялись как красители. Ими окрашивали шерсть и шёлк. Основной цвет красителей тёмно-синий. Добавка уксусной кислоты, квасцов даёт пурпурные, красные и жёлтые тона. Существенно, что эти краски особенно тёплых и глубоких тонов не стойкие на свету. В настоящее время краски получают главным образом синтетическим путём, но до сих пор в Шотландии некоторые твидовые ткани окрашивают только красителями из лишайников.

Лихеноиндикация. Один из специфических методов мониторинга загрязнения окружающей среды — биоиндикация, определение степени загрязнения геофизических сред с помощью живых организмов, биоиндикаторов. Лишайники обладают рядом биологических способностей: повышенной чувствительностью к различным загрязняющим веществам, таким как газообразные SO2, HF, HCl, NO, NO2. Лишайники 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. На этой основе стало развиваться особое направление индикационной экологии – дихеноиндикация. При изучении лишайников в городах были обнаружены общие закономерности:

1. Чем больше индустриализирован город, чем сильнее загрязнен воздух, тем меньше встречается в нем видов лишайников и тем ниже их жизнеспособность.

2. При повышении степени загрязненности воздуха первыми исчезают кустистые лишайники, за ними листоватые и последними — накипные.

Городские территории, с сильно загрязненным воздухом стали называть лишайниковой пустыней. Проводимые исследования показали, что из газов самое отрицательное воздействие оказывает диоксид серы, уже при концентрации 0,08-0,10 мг/м3 в хлоропластах водорослевых клеток многих лишайников появляются бурые пятна, начинается деградация хлорофилла, плодовые тела лишайников угнетаются: сморщиваются, приобретают коричневый цвет и растение погибает.

Лишайники – индикаторы качества окружающей среды в г.Нягань

Лущ Инна Владимировна, Стальмакова Виктория Геннадьевна

Российская Федерация, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра, г.Нягань

Муниципальное образовательное учреждение

«Общеобразовательная средняя школа №3»

Научная статья

1. Составление лихеноиндикационной карты.

Оборудование: лупа.

Методология исследования

1. Для составления лихеноиндикационой карты необходимо выбрать территорию, на которой будут проводиться наблюдения.

2. Нанести на карту ближайшие автомобильные дороги, заводы, котельные.

3. Разбить территорию на участки.

4. На каждом участке выбрать деревья и подсчитать количество видов лишайников. Для более точного подсчета можно использовать лупу.

5. Провести оценку степени покрытия древесного ствола. Для этого можно использовать рамку.

6. Нанести на карту полученные результаты.

Территорию первого микрорайона мы разбили на растры-квадраты. Провели обследование каждого участка: осмотрели деревья, поверхности зданий. Нам удалось обнаружить лишайники на деревьях, находящихся на территории:

А) детского сада «Буровичок» (Приложение III):

Б) детского сада «Веснянка» (Приложение IV)

Так как мест, где были обнаружены лишайники было не так много, мы решили на карте обозначить их светлыми кружками – зона соревнования (участки района, где флора лишайников бедна). На деревьях и зданиях других участков I микрорайона города лишайники обнаружены не были – зона лишайниковой пустыни (Приложение V). Можно допустить, что не на всех деревьях исследуемой территории были обнаружены лишайники – все-таки внимание исследователей зависит от его физического и эмоционального состояния.

Вывод: на территории I микрорай она города Нягань лишайники обнаружены на стволах деревьев, находящихся на территориях детских садов «Веснянка» и «Буровичок». Обнаруженные лишайники относятся к виду Гипогимния вздутая (Hipohimnia physodes), относящийся к листоватым лишайникам.

Выявление химических загрязнений в снегу

Цель работы: определить наличие в снегу химических соединений загрязняющего характера.

Для выявления веществ в снеговой пробе мы использовали методику Н.А. Пугал, И.Д. Зверева, В.Н. Лаврова «Экологический мониторинг».

Оборудование: химическая посуда, спиртовка, карандаш, по стеклу, реактивы (хлорид бария, ацетат свинца, марганцовокислый калий, нитрат серебра, щелочь, карбонат аммония, концентрированная кислота, сульфидная соль (Na₂S или K₂S, кровяная соль).

Методология исследования. Мы взяли шесть проб снегового фильтрата по 100 мл. Пробы были отобраны на участках в разных районах первого микрорайона г. Нягань: №1 участок у дороги напротив дома №34 , №2 участок школы №3, №3 участок дороги у взрослой поликлиники , №4 участок детского сада «Веснянка» (далее д/с «Веснянка»), №5 участок городского культурного центра «Планета» (далее ГКЦ «Планета»), №6 участок леса недалеко от дороги. Обозначили на каждой емкости номер взятой пробы с участка.

Провели качественные реакции на выявление загрязнителя с каждой пробой (приложение 2).

1. SO₄^2-. К 10 мл пробы прибавили 1 мл хлорида бария. При содержании SO₄^2- возникало помутнение.

2. SO ₃^2-. К 10 мл пробы прибавили слабый раствор марганцовокислого калия. При содержании SO₃^2- розовый цвет исчезал.

3. S^2-. К 10 мл пробы добавили нитрат серебра. Если содержался S, то появлялось слабое помутнение.

4. Cl^—. К 10 мл пробы добавили ацетат свинца. При наличии Cl выпадал осадок чёрного цвета.

5. NH₄⁺ . К 10 мл пробы добавили раствор щёлочи сильной концентрации и подогрели. При наличии NH₄⁺ появлялся запах аммиака, а если держали у пробирки смоченную в воде индикаторную бумагу, то розовый лакмус становился синим.

6. Na⁺. Каплю раствора на стеклянной палочке опускали в пламя спиртовки. Если присутствовал Na⁺, то наблюдали ярко-жёлтое окрашивание пламени.

7. Fe³⁺ К10 мл пробы добавили несколько капель концентрированного раствора роданида калия. При наличии Fe³⁺ появлялся бледно-бурый цвет.

8. Ca²⁺ . Прилили к 10 мл снеговой пробы карбонат аммония, при наличии Ca²⁺ мы наблюдали помутнение, а если ещё добавляли концентрированную кислоту, то наблюдали бурно выделение газа.

9. Cu²⁺ . К 20 мл пробы добавили сульфидную соль. Зелёно-бурый осадок говорил о присутствии Cu²⁺.

10. Фенол. В 5 мл пробы мы капнули 2-3 капли раствора хлорида железа, и наблюдали за процессом. Если проба окрашивалась в фиолетовый цвет, то это свидетельствовало о том, что в данной пробе присутствует фенол.

11. Для обнаружения Pb²⁺ – ионов мы использовали реактивы KI и Na₂S, и ждали, образуется ли желтый или черный осадок, который свидетельствует о том, что в данной пробе присутствует Pb²⁺.

Полученные нами данные представлены в таблицах. Качественные реакции проб мы провели в апреле 2008г. (таблица 1), в ноябре 2008г. (таблица 2), в феврале 2009г. (таблица 3).

Таблица 1

Результаты анализа снеговых проб на загрязняющие вещества (апрель 2008г.)

№

Таблица 2

Результаты анализа снеговых проб на загрязняющие вещества (ноябрь 2008г.)

№

Таблица 3

Результаты анализа снеговых проб на загрязняющие вещества (февраль 2009г.)

№

(Условные обозначения: “+” — выявлено, ”- “ – не выявлено, «+-» — реакция идет, но очень слабо).

Вывод: В результате проведенных практических исследований при сопоставлении обнаружили химические вещества: окислы серы, ионы хлора, серы, кальция. Ионы свинца были обнаружены в снеговых пробах близ автодорог. Поэтому этим можно утверждать, что общая загрязненность атмосферных осадков повсеместна в городской среде. Окислы серы обнаружены в пробах взятых вблизи автодорог.

Заключение

Таким образом, в результате исследований в черте города (I микрорайона) установлено, что воздушная среда в городе неблагоприятна. Экспериментально установлено, что в воздухе уже при концентрации диоксида серы 0,08 – 0,10 мг/м3 в хлоропластах водорослевых клеток лишайников начинается деградация хлорофилла. В снеговых пробах нами были обнаружены ионы окислов серы. Лишайники произрастают только на малых территориях в центральной части микрорайона, где движение автотранспорта ограничено. В целом территория I микрорайона представляет собой лишайниковую пустыню. А это значит, что концентрация диоксида серы превышает 0,5 мг/м3. На территории города были обнаружены 2 вида лишайников — гипогимния вздутая (Hipohimnia physodes) и пармелия козлиная (Parmelia caperata), которые слабо произрастают. Работа не окончена, так как мы не апробировали метод трансплантантов, который видимо более достоверен, так лишайники привнесенные в зону загрязнения естественно покажут степень угнетения. Тем не менее, собранный материал может быть использован на уроках биологии и экологии.

Список литературы

1. Биология в школе //Наука.-2002 — № 2, 5, 8.

2. Биология в школе/ В копилку учителя.- 2002 — №46.

3. Жигарев И.А., О.Н. Пономарева, Н.М.Чернова. Основы экологии. Сборник задач, упражнений и практических работ.- М.: Дрофа, 2002.-208с.

4. Мамедов Н.М., И.Т. Суравегина. Экология. – М.: Устойчивый мир, 2000.- 272 с.

5. Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Ролевые игры по экологии. Пособие для учителей.- М.: Устойчивый мир, 2000.- 272 с.

6. Пугал Н.А., Лаврова В.Н., Зверев И.Д. Практикум по курсу «Основы экологии».-М. Школа-Пресс1, 2002.-56с.

7. Экология: Учебное пособие / Под ред. Проф. В.В. Денисова. Серия “Учебный курс”. – Ростов н/Д: Издательский центр “МарТ”, 2002. –640 с.

8. Энциклопедия для детей. Том 19. Экология / Глав. Ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2001. – 448с.: ил.

9. Я иду на урок биологии: Экология: Книга для учителя. – М.: Первое сентября, 2002.- 240с.