Одним из эффективных и недорогих методов биомониторинга является фитоиндикация, так как растения считаются надежными показателями загрязнения природной среды различными токсическими веществами. Они вынуждены адаптироваться к стрессовому воздействию среды с помощью физиолого-биохимических и анатомо-морфологических перестроек организма. Фиксация и оценка этих изменений дают достоверную картину условий места произрастания растений и отражают состояние городской среды.
Цель нашей работы изучить изменчивость признаков пыльцы и генеративных органов березы повислой в условиях города Барнаула.
Объектом исследования служила береза повислая (Betula pendula Roth). Сбор пыльцы производили на территории города Барнаула в мае 2011 и 2012 гг. Изучено 15 точек, которые были выбраны по принципу расположения относительно главных автомагистралей города. Контролем служила точка, расположенная в районе Южно-Сибирского Ботанического Сада. Фертильность пыльцы (%) определялась после окрашивания ее раствором Люголя на микроскопе Микмед-1. Анализировали по 2000 клеток на каждую точку сбора.
Анализ морфометрических характеристик пыльцы березы повислой показал, что отклонения в размерах относительно контроля наблюдались как в положительную, так и в отрицательную сторону. В наибольшей степени диаметр пыльцевых зерен уменьшался в точках Шукшина, 10 и Дзержинского, 37 и составлял 53% и 54% (Табл.).
Таблица 1
Диаметр пыльцевых зерен березы повислой (Betula pendula Roth), мкм
Точка сбора | Диаметр пыльцевого зерна, мкм | Точка сбора | Диаметр пыльцевого зерна, мкм |
1.Красноармейский, 36 |
1,896±0,06 |
9.Красноармейский,96а | 1,734±0,12 |
2. Красноармейский,98 |
1,862±0,10 |
10.Солнечная поляна,17 | 1,659±0,07 |
3.Ленина, 53 |
1,862±0,07 |
11.Космонавтов, 12 | 1,651±0,09 |
4.Красноармейский, 133 |
1,858±0,06 |
12.Пл.Победы | 1,614±0,15 |
5.Красноармейский,104 |
1,847±0,09 |
13.Дзержинского, 37 | 0,978±0,07*** |
6.Молодежная,46 |
1,841±0,93 |
14.Шукшина, 10 | 0,959±0,06*** |
7.Красноармейский, 135 |
1,824±0,06 |
15.Лесосечная,25 (контроль) | 1,819±0,12 |
8.Ленина, 67 |
1,797±0,08 |
||
различия с контролем достоверны: ***- Р<0,01 |
Для березы повислой характерна в среднем низкая доля деформированной пыльцы (2,3%), варьируя от 0,91% до 4,31% в различных точках сбора. Однако, в большинстве исследуемых точек данный показатель превышал контрольное значение – 1,77%. Литературные данные свидетельствуют о зависимости процента поврежденных пыльцевых зерен от уровня антропогенной нагрузки. Как правило, максимальное количество обнаруживалось в городской зоне (1,6-3,0%) и минимальное – в сельскохозяйственной (1,1%). Спектр морфологических повреждений зависит от характера, интенсивности загрязняющих веществ и устойчивости самого вида растения [1].
При анализе фертильности были выделены три группы клеток: сильно, средне и неокрашенная пыльца, которые отражают интенсивность накопления крахмала. Неокрашенную пыльцу считали стерильной. Варьирование стерильной пыльцы составило от 1,63% до 6,48 %, при этом средняя доля стерильных зерен 4,00%. В 85% случаев доля плохо окрашенной пыльцы превышала значения контроля (2,06%). Процент средне окрашенной пыльцы варьировал от 3,55% до 28,96%, составляя в среднем 9,27%. Доля фертильной пыльцы во всех исследуемых точках была высока и составляла в среднем 86,71%. Минимальное количество наблюдали в точке по адресу пл. Победы (66,32%), максимальное наблюдалось в контрольной точке (Лесосечная, 25) 96,51% (Табл.2). Известно, что фертильность пыльцы является одним из важнейших признаков, характеризующих состояние окружающей среды. В условиях загрязнения увеличивается процент аномалий и наблюдается более широкий их спектр [2]. Однако, не только атмосферные загрязнители оказывают негативное влияние на микроспоро- и гаметогенез, приводя к морфологическим и биохимическим изменениям пыльцы, но и индивидуальные особенности каждого дерева [3].
Таблица 2
Доля плохо, средне и хорошо окрашенной пыльцы березы повислой (Betula pendula Roth.)
|
Нами были измерены и проанализированы морфологические показатели генеративных органов березы повислой, такие как длина и ширина. Показатель длины сережек варьировал от 3,79 см до 5,51 см, ширина изменялась от 0,35 см до 0,49 см. Средний показатель составил 4,74 см и 0,42 см соответственно.
Однако статистический анализ показал недостоверность этих отличий. Внешний вид генеративных органов в зависимости от точек произрастания так же не отличался. Цвет и структура соцветия во всех случаях были сходны. Хотя, в работах А. Иванова, Л. Романовой говорится о влиянии техногенного загрязнения на морфологию генеративных органов. Изменяются не только размеры, но и количество аномально развивающихся сережек [4, 5] (Табл.3).
Таблица 3
Морфометрические показатели генеративных органов
|
Таким образом, признак фертильности пыльцы березы повислой (доля сильно окрашенной) обнаружил максимальную изменчивость в различных точках г. Барнаула. Различия с контролем достигали 30%, что позволяет рекомендовать его как информативный признак для оперативного мониторинга состояния среды г.Барнаула.
Морфологические и морфометрические характеристики пыльцы (диаметр, доля деформированных пыльцевых зерен) достоверно отличаются от контрольных значений в 30-35% случаев, что указывает на возможности использования данного признака в условиях г. Барнаула как дополнительного к другим признакам при значительном загрязнении окружающей среды.
Варьирование размеров генеративных органов березы повислой (ширина, длина сережек) не является статистически значимым, что свидетельствует о невозможности использования данного признака в условиях г. Барнаула для характеристики интенсивности антропогенной нагрузки.
Библиографический список
1. Осмонбаева К.Б. Экологические аспекты проблемы поллинозов: автореф. дис. … канд.биол.наук. – Бишкек, 2006. – 26 с.
2. Калашник Н.А. Характеристика естественных насаждений хвойных видов Южного Урала по цитогенетическим показателям // Вестник ОГУ. ‑ 2009. №6. – С. 157-169.
3. Валетова Е.А. Морфологические изменения хвои сосны под влиянием поллютантов // Состояние и перспективы развития плодоводства, овощеводства и лесного хозяйства Западной Сибири. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005.- С.223-225.
4 Иванов, А.И. Использование пыльцы древесных и травянистых растений для биоиндикации загрязнения окружающей среды // Вестник ДВО РАН, 2009. – №6. – С. 68-73.
5. Романова Л. И. Структурно-функциональные особенности лиственницы сибирской в зеленых насаждения г. Красноярска и его окрестностей: автореф. дис. … канд.биол. наук. – Красноярск, 2005. 24 с.