Экологическая обстановка в большинстве областей Республики Казахстан остается напряженной, что во многом связано с использованием устаревших технологий, систем управления и неэффективной природоохранной политикой. Это приводит не только к загрязнению окружающей среды и истощению природных ресурсов, но и прямому экономическому ущербу, который по разным оценкам составляет от 10 до 20 % валового внутреннего продукта (ВВП).

Наше исследование проводилось с целью изучить изменчивость вьюнка полевого в условиях Северо-Казахстанской области и определить возможное влияние на неё факторов внешней среды. Мы выбрали данное направление по нескольким причинам: во-первых, недостаточная теоретическая проработка данного вопроса. Готовясь к проведению исследования и собирая теоретический материал, было очень трудно найти литературу, в которой были бы приведены полноценные и обоснованные данные о влиянии факторов внешней среды на модификационную изменчивость растений. Во-вторых, в Северо-Казахстанской области подобные работы не проводились. Данный вопрос поднимается в нашей области впервые. Тем не менее, мы считаем важным освещение этой проблемы.

Исследование проводилось на территории Северо-Казахстанской области. Для проведения исследования было выбрано 4 локации:

1.Улицы города Петропавловск (в частности, для исследования были выбраны центральные улицы города);

2.Парковые зоны города Петропавловск (городской парк культуры и отдыха и городской парк Победы);

3.Пригородные трассы города Петропавловск (Мамлютская и Сергеевская трассы);

4.Загородные участки Северо-Казахстанской области (поля, луга, расположенные на удалении от дорог и хозяйственных построек).

Все места проведения исследований были выбраны не случайно. Критерием выбора того или иного места исследования стало расположение по отношению к основному источнику загрязнения  – к автомобильному транспорту.

С каждой локации было собрано по 30-35 представителей объекта исследования – вьюнка полевого. Для измерения морфологических признаков и подсчёта модификационной изменчивости мы выбрали листья данного растения, собрав всего по 100 штук с каждого из участков (городской улицы, парка, пригородной трассы и поля).

У каждого листка были сделаны следующие замеры:

1.Длина листовой пластинки;

2.Ширина листовой пластинки.

Полученные данные были систематизированы и занесены в таблицы, на основе которых были построены вариационные кривые по каждому из признаков и в каждой местности (рис. 1). С помощью специальных формул были вычислены следующие показатели: среднее арифметическое, среднее квадратичное отклонение σ, коэффициент вариации V. Результаты подсчета коэффициента вариации представлены в таблице 1.

Рис. 1 – Вариационная кривая изменчивости длины листовой пластинки на улицах горда Петропавловск

В связи с тем, что коэффициенты вариации не выходят за рамки 30%, мы можем сделать вывод, что изменчивость у вьюнка полевого во всех локациях является модификационной, а значит, она не затрагивает генотип растения, а выражается во внешних изменениях.

Таб. 1. Результаты подсчёта коэффициента вариации Vдля длины и ширины листовой пластинки вьюнка полевого

Тем не менее, цифры, полученные нами в процессе исследования, различаются. Для признака длины листовой пластинки минимальное значение коэффициента вариации наблюдается в пригородной зоне города Петропавловск и равно 15,22. А максимальное значение наблюдается у растений, произрастающих вблизи пригородных трасс. В данной локации коэффициент вариации равен 17,23. Близко к этому значение коэффициента вариации для признака длины листовой пластинки в парковой зоне города.

Для признака ширины листовой пластинки минимальное значение коэффициента вариации наблюдается на улицах города и равно 17,61. Минимальное же значение наблюдается в парковой зоне города – 14,17, и к нему приближено значение V в зоне пригородных трасс – 14,40.

Возможно, такие показатели изменчивости длины и ширины листовой пластинки вьюнка полевого формируются под совокупным действием  факторов внешней среды во взаимодействии с генотипическим потенциалом организмов растений. В связи с такими выводами, следующим шагом в нашем исследовании было определить действие факторов внешней среды на исследуемый объект. В качестве действующих факторов мы выбрали два – чистота атмосферного воздуха и почвы.

Состояние атмосферного воздуха мы определяли двумя способами.

Сначала мы провели биомониторинг атмосферного загрязнения по реакции пыльцы растений-индикаторов. В качестве индикатора мы использовали всё тот же вьюнок полевой.

Суть данного метода в том, что с растений-индикаторов в четырёх локациях собираются образцы пыльцы и проращиваются в течение 3 суток на питательной среде (кусочки фильтровальной бумаги, смоченные 15%-ным раствором глюкозы) в термостате при температуре 25⁰С. Затем из полученного материала мы делали временные давленные препараты и рассматривали в микроскоп.

В каждой локации мы исследовали 100 пыльцевых зёрен. Подсчитав количество проросших и не проросших пыльцевых зёрен, мы получили процент стерильной и фертильной пыльцы. Результаты представлены на рисунке  2.

По этим данным можно судить о чистоте атмосферного воздуха в той или иной локации относительно друг друга. Как видно из рисунка 2, наибольший процент фертильности наблюдается также в пригородной зоне, а наивысший процент стерильности, то есть не способности дать поколение, на улицах города Петропавловск, где и был наивысший уровень разбросанности изменчивости. Следовательно, можно сделать вывод, что чем выше чистота атмосферного воздуха, тем ниже коэффициент изменчивости.

Рис.2 -Процент фертильности пыльцы в каждой локации

Второй метод, который мы использовали для определения чистоты атмосферного воздуха – микробиологический анализ. Цель данного метода – выявить количество микроорганизмов в 1 м³. Для этого в каждую из четырёх локаций мы поместили по две чашки Петри со стерильным мясо-пептонным агаром на 7 минут. Затем пробы поместили в термостат при температуре 28⁰С на 7 дней. Через неделю мы увидели проросшие колонии микроорганизмов (рис.3).

Произведя расчёт с помощью специальной формулы, мы получили данные о содержании спор микроорганизмов в 1 м³ воздуха (рис.4). Также мы попытались определить виды микроорганизмов, которые выросли в чашках Петри. Поработав с определителем микроорганизмов, мы установили, что в пригородной зоне города Петропавловск и в зоне пригородных трасс больше всего присутствует грибков, а в черте города преобладают бактерии. Также мы определили, что среди бактерий преобладают виды рода Микрококк, а также многочисленны виды рода Бактериум. Виды бактерий рода Сарцина и рода Стрептококк встречаются в небольшом количестве. Таким образом, чем выше загрязненность микроорганизмами, тем выше коэффициент изменчивости.

Рис. 3 – Результат микробиологической оценки воздуха на пригородной трассе

Рис.4 – Результаты подсчёта количества микроорганизмов в 1 м³

Данные результаты могут быть объяснены тем, что в черте города находится множество источников биологического загрязнения: нерегулярно вывозимый бытовой мусор, мусорные свалки, расположенные также в черте города, всевозможные стоки – все это является прямым источником распространения всевозможных микроорганизмов. 43100 клеток микроорганизмов на 1 м³ воздуха – достаточно большая цифра. По сравнению с литературными данными этот показатель больше в разы. Тем не менее, данное количество микроорганизмов не вызывает больших патологий и сильных отклонений от нормы, что говорит о том, что данный показатель является нормой для города.

В то же время за пределами города, вдали от антропогенной деятельности и её последствий, меньше условий для благоприятной жизнедеятельности и размножения всевозможных микроорганизмов: бактерий, грибов. И в этих условиях число клеток микроорганизмов на метр кубический воздуха меньше, чем в городе. Но по сравнению с литературными данными эти цифры (18900 клеток на удалении от дорог и поселений и 31700 клеток вблизи дорог) также намного выше. Возможно, это связано с внешними условиями среды, а также с антропогенным загрязнением окружающей среды всевозможными выбросами и бытовыми отходами и мусором. Даже вдали от города и деревень, идя по лесу, можно встретить следы присутствия человека.

Следует отметить, что множество мусорных свалок, нерегулярный вывоз бытовых и пищевых отходов с территории города, а также непродуманная архитектура города, позволяющая ветрам свободно гулять в черте города и разносить не только мусор, но и микроорганизмы и их споры, способствуют благоприятной жизнедеятельности и бурному развитию бактерий и грибков и их расселению повсеместно.

Также мы провели анализ почвы на наличие в ней следов нефти и нефтепродуктов. Для этого в каждой из локации был сделан срез почвы на глубину30 см. К срезу прикладывался лист фильтровальной бумаги размерами 10х10 см. В каждой локации делалось 3 таких замера.

На листе фильтровальной бумаги проступили масляные пятна. Мы посчитали, какой процент занимает масляное пятно от общей площади листа фильтровальной бумаги. Результаты исследования были представлены в процентах площади. Так, на территории улиц города Петропавловск загрязненность почвы нефтепродуктами составила 80,3%, в парковой зоне – 67,2%, на пригородных трассах – 74,8%, в пригородной зоне – 41,6%.

Сопоставив все полученные данные, можно сделать несколько выводов. Во-первых, результаты исследования изменчивости вьюнка полевого позволяют нам говорить о наличии во всех локациях у изученных растений именно модификационной изменчивости. Это говорит о том, что исследуемые признаки у данного вида растений в данных локациях изменяются под действием факторов внешней среды, а не в результате действия различных агентов, вызывающих мутации и другие отклонения от нормы в качественных и количественных признаках растений.

Во-вторых, при анализе данных мы заметили некоторую зависимость в расположении данных относительно локаций. В локации с высокой загрязнённостью воздуха и почвы (улицы города Петропавловск) наблюдается самый высокий коэффициент вариации V. А в локации с наименьшей загрязнённостью воздуха и почвы – наблюдается самый низкий коэффициент вариации. То есть можно предположить, что большое содержание в атмосферном воздухе различных микроорганизмов и других загрязнителей и большое содержание в почве нефти и нефтепродуктов, тем шире диапазон изменчивости количественного признака у растений в данной местности (в нашем случае – длины и ширины листовой пластинки). И соответственно, меньшее содержание различных химических, физических и биологических загрязнителей в атмосферном воздухе и почве способствует меньшему разбросу признака относительно среднего значения.

Для установления достоверности влияния чистоты воздуха и почв на изменчивость вьюнка полевого, мы использовали математический метод – двухфакторный дисперсионный анализ для несвязанных выборок.

Этот метод доказывает, что различия длины и ширины листовой пластинки при разных состояниях чистоты почвы и атмосферного воздуха не случайны. То есть разное состояние данных экологических факторов влияет на тип изменчивости растений (в нашем случае, вьюнка полевого). Также этот метод показывает нам, что влияние чистоты воздуха на длину и ширину листовой пластинки вьюнка полевого одинаково при разных показателях чистоты почвы и наоборот. То есть два данных фактора влияют на тип изменчивости растений независимо друг от друга.

Таким образом, мы доказали, что степень загрязненности атмосферного воздуха и почвы влияет на тип изменчивости растений.

Все статьи автора «Анна Корнилова»