Центр образования № 000

».

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Асимметрия листьев березы

как один из показателей состояния окружающей среды

Учащийся: ,

Руководитель:

учитель биологии первой

квалификационной категории

Казань 2012

Оглавление

1.Введение ………………………………………………………………………..3

1.1.Характеристика района исследования………………………………………4

2.1.Морфологическое описание объекта исследования………………………..4

2.Основная часть………………………………………………………………….4

2.1 Материал и методики исследований.………………………………………..4

3. Результаты исследований………………………………………………………5

4.Выводы…………………………………………………………………………..7

5.Заключение………………………………………………………………………8

6.Литература ………………………………………………………………………8

Справка о деятельности коллектива

Один из подходов решения задачи в области экологического образования и воспитания, реализованных в нашей школе г. Казани – это создание кружка “Юный эколог”. Целью деятельности кружка является формирование экологического мировоззрения учащихся, привлечение их к изучению проблем рационального использования природных ресурсов, приобщение к научно-исследовательской деятельности, практическому участию в решении природоохранных задач, способствующих экологическому образованию и воспитанию учащихся, их профессиональной ориентации. В деятельности кружка мы реализуем исследовательские, информационные и ролевые (игровые) проекты.

Тематика исследовательских работ разнообразна. Учениками 5 класса (2007–2008 уч. г.) был успешно реализован проект “Оценка состояния снегового покрова в районе п. Ометьево ”. Целью работы было исследовать состояние снега в районе п. Ометьево методом биоиндикации и предложить доступные мероприятия для улучшения экологического состояния территории. Учащиеся с большим интересом провели исследование, результаты которого были представлены на районной конференции “Наука-дело молодых”, районной научно-практической конференции по экологии (диплом 2-й степени, лауреат).

Ученица 11-го класса Крендельщикова Лена с проектом “Экологическое состояние озер системы “Лебяжье”, проект оптимизации и благоустройства” стала участницей различных районных, городских, региональных олимпиад. На IV-й Республиканском конкурсе инновационных научно-технических проектов учащихся образовательных учреждений Республики Татарстан заняла первое место.

В 2007 году учащимися 11-го класса Грошиковой Камилой и Бишевой Лилей был реализован информационный проект “Особо охраняемые природные территории Республики Татарстан”. Проект был также представлен на районной конференции “Наука-дело молодых”(2-е место).

1.Введение.

Оценка степени антропогенного влияния на зеленые насаждения городов является одной из актуальных задач экологии. Городские растения находятся под влиянием целого комплекса негативных факторов, связанных с антропогенным загрязнением среды обитания и соответствующим образом реагируют на него.

Показателем соответствия условий среды потребностям живых организмов является их жизненное состояние, о котором можно судить по степени развития отдельных органов и структур, интенсивности протекания основных процессов. При диагностике состояния древесных растений большое внимание уделяется ассимиляционным органам, и в частности хвое и листве, поскольку они определяют рост и развитие всех других структур растительного организма.

Обоснование выбранной темы.

Оценка качества среды становится принципиально важной задачей, как при планировании, так и при осуществлении любых мероприятий по природопользованию, охране природы и обеспечению экологической безопасности.

Цель работы:

общая оценка экологического состояния местности по интегральным характеристикам асимметрии листьев березы.

Задачи:

Отбор практического материала;

2. Произвести измерения по 5-ти показателям;

3. Провести расчеты (рассчитать показатель асимметричности листьев);

4. Вычислить уровень асимметрии листовых пластинок, собранных на данных экспериментальных площадках;

Сделать вывод о состоянии окружающей среды.

Новизна работы:

новым доступным для школы методом получены данные по загрязнению воздуха.

Практическая значимость:

метод можно применить службам надзора за экологическим состоянием атмосферы, данные применяются на уроках биологии, географии.

Объект исследования: береза.

Предметом исследования Морфологические признаки листа Берёзы.

Гипотеза: если состояние окружающей среды неблагоприятное, то показатель асимметрии листьев березы будет выше.

Материалы и оборудование: линейка, транспортир, циркуль-измеритель, персональный компьютер с установленным Microsoft Office Excel, конверты для сбора листьев, блокнот, карандаш.

1.1.Характеристика района исследования.

Город Казань расположен на левом берегу Волги при впадении в неё реки Казанки, которая делит город на левобережную и правобережную части. Суммарная площадь г. Казани составляет около 287,8 кв. км (Татарский энциклопедический словарь, 199), протяжённость с севера на юг и с запада на восток около 30 км (Бусыгин, Зорин 1990).По морфоструктуре большая часть города расположена на террасной низкой равнине 80-140 метров на четвертичных отложениях. Рельеф неоднороден. Имеется общий уклон с севера, с северо-востока на юг и юго-запад. Климат города континентальный, умеренного пояса, с теплым летом и умеренно холодной зимой. Преобладающей воздушной массой является континентальный воздух умеренных широт. Средняя продолжительность теплого периода 210, холодного 155 дней. Весна длится приблизительно два месяца, лето четыре, осень полтора, зима около пяти.

2.1.Морфологическое описание объекта исследования.

Берёза повислая, или бородавчатая, или поникшая — Betula pendula Roth.

Дерево высотой до 20 м с широко-яйцевидноконической кроной и часто свисающими побегами. Кора белая, гладкая, на старых деревьях в нижней части ствола глубокотрещиноватая. Лист: простой, 3-7 см длиной, треугольно-яйцевидный, к концу сильно сужен, сверху гладкий, блестящий, с 5-7 парами малозаметных боковых жилок. Листорасположение: очередное. Цветок: раздельнополый, собранный в сережки. Соцветия - женские цилиндрические сережки длиной 2,5-3 см с зеленовато-бурыми реснитчатыми по краю чешуйкам. Цветение в мае.

3. Материалы и методики.

При проведении исследования была использованы «Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ», разработанная в Центре Экологической Политики РФ , , Чубинишвили методика основана на выявлении, учете и сравнительном анализе асимметрии у разных видов живых организмов по определенным признакам. Величина асимметрии вычисляется путем деления разницы в промерах на двух сторонах на их сумму.(5)

Места сбора материала.

Площадка выбиралась из мест подверженных антропогенной нагрузке для оценки условного фонового уровня. Сбор материала проводили после остановки роста листьев. Каждая выборка должна включала в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений).

Выполнение исследований

При выполнении исследований выполняют следующие операции. С каждого листа снимали показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа (рис. 1).

Рисунок 1. Схема морфологических признаков, использованных для оценки стабильности развития березы повислой (Betula pendula)

1- ширина левой и правой половинок листа. 2 длина жилки второго порядка, второй от основания листа.

3 - расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка.

4 - расстояние между концами этих же жилок.

5 - угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.

Для оценки степени выявленных отклонений от нормы, их места в общем диапазоне возможных изменений показателя разработана балльная шкала. Такая бальная система оценок по величине интегральных показателей стабильности развития для березы приводится ниже.

Стабильность развития в баллах	Качество среды
1-ый балл	- Условно нормальное
2-ой балл	- Начальные (незначительные) отклонения от нормы
3-ий балл	- Средний уровень отклонений от нормы
4-ый балл	- Существенные (значительные) отклонения от нормы
5-ый балл	- Критическое состояние

Пятибалльная шкала оценки отклонений состояния организма от условной нормы по величине интегрального показателя стабильности развития для березы повислой (Betula pendula).

Балл	Величина показателя стабильности развития
I	<0,040
II	0,,044
III	0,,049
IV	0,,054
V	>0,054

4.Результаты исследования и их обсуждение.

В качестве объекта исследования выбрана берёза повислая (Betula pendula Roth.).

Сбор производили после завершения интенсивного роста листьев – 5 сентября 2010 года.

Выборка производилась в посадке, прилегающей к железной дороге (ст. Ометьево).Для анализа использовали только средневозрастные деревья. Листья брались с укороченных побегов из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток в разных направлениях, учитывая положение листьев в кроне. Листья в количестве 10 штук брали одного, среднего размера, без повреждений. Собранный материал поместили в полиэтиленовый пакет, указав дату и место сбора.

С одного листа снимают показатели по 5-ти параметрам с левой и правой стороны листа :

Расстояние между жилками, длина жилок и т. п. измерялись линейкой (с точностью 0,5 мм). Углы измерялись транспортиром (с точностью до 1 градуса). При измерении угла, мы располагали транспортир так, чтобы центр окошка транспортира находился на месте ответвления второй жилки второго порядка. Так как жилки не прямолинейны, а извилисты, то угол мы измеряем следующим образом: участок центральной жилки, находящийся в пределах окошка транспортира совмещаем с центральным лучом транспортира, который соответствует 90◦ градусов, а участок жилки второго порядка продлеваем до градусных значений транспортира, используя линейку.

Измерение параметров листа.

№ листа	1	2	3	4	5
	л	п	л	п	л	п	л	п	л	п
1	22	21	34	31	3	4	14	12	32	35
2	17	20	28	30	4	3	11	11	38	33
3	19	18	29	25	2	3	15	11	35	30
4	15	16	25	25	2	2	10	11	30	30
5	18	20	28	27	2	3	11	12	28	28
6	19	19	30	28	4	3	11	11	30	37
7	20	21	30	31	4	3	15	16	34	29
8	21	21	30	30	4	4	11	11	32	33
9	15	20	26	30	3	3	9	11	35	40
10	18	19	30	25	4	3	10	10	49	50

Таблица 1. Значение измерений.

Вычисление среднего относительного различия на признак.

Величину асимметричности мы оценивали с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия на признак (среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенное к числу признаков). Для проведения вычислений пользуются вспомогательной таблицей (таблица №2).

Мы обозначили значение одного промера через Х, тогда значение промера с левой и с правой стороны мы будем обозначать как Хл и Хп, соответственно. Измеряя параметры листа по 5-ти признакам (слева и справа) мы получаем 10 значений Х.

В первом действии (1) мы находили относительное различие между значениями признака слева и справа – (Y) для каждого признака. Для этого находят разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму. Найденное значение Yi мы вписывали в вспомогательную таблицу №2 в столбец 1 признака.

Подобные вычисления мы производили по каждому признаку (от 1 до 5). В результате мы получили 5 значений Y для одного листа. Такие же вычисления были произведены для каждого листа в отдельности, продолжая записывать результаты в таблицу 2.

Во втором действии (2) мы находили значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого нужно было сумму относительных различий разделить на число признаков. Находим значение Z1 по формуле:

Y1 + Y2 + Y3 + Y4 + Y5

Z1 = ________________________________,

где N – число признаков. N = 5.

Подобные вычисления мы производили для каждого листа, а найденные значения заносили в правую колонку таблицы 2.

В третьем действии (3) мы вычисляли среднее относительное различие на признак для всей выборки (Х). Для этого все значения Z складывали и делили на число этих значений:

Z1 + Z2 + Z3 + Z4 + Z5

X = ________________________________,

где n – число значений Z, т. е. число листьев (10).

Полученный показатель характеризует степень асимметричности организма.

Мы использовали его для определения уровня отклонения от нормы при помощи пятибалльной шкалы (, , 1996.), в которой 1 балл – условная норма, а 5 балл – критическое состояние.

Различие на признак

№ лист	1 параметр	2 параметр	3 параметр	4 параметр	5 параметр	Среднее относительное различие на признак
y= xл-хп xл+хп	Y= xл-хп xл+хп	y= xл-хп xл+хп	y= xл-хп xл+хп	y= xл-хп xл+хп	z= y2+y1+y3+y4+y5 N
1	0,023	0,046	0,142	0,076	0,044	0,067
2	0,08	0,034	0,142	0	0,070	0,065
3	0,027	0,074	0,2	0,153	0,076	0,07
4	0,032	0	0	0,047	0	0,016
5	0	0,018	0,2	0,043	0	0,052
6	0,024	0,034	0,142	0	0,104	0,061
7	0,024	0,016	0,142	0,032	0,079	0,059
8	0	0	0	0	0,015	0,003
9	0,142	0,07	0	0	0,066	0,056
10	0,027	0,09	0,142	0	0,010	0,054
	Степень ассиметричности организма	0,05

Таблица 2. Вспомогательная таблица для вычисления

Балл	Значение показателя асимметричности
1 балл	до 0,055
2 балл	0,055-0,06
3 балл	0,060-0,065
4 балл	0,065-0,07
5 балл	более 0,07

Данная пятибалльная шкала является относительной, т. к. она разработана для конкретной территории и конкретных объектов исследования (береза повислая (Betula pendula Roth.). С уверенностью сказать о том, что полученное для другой территории и на примере других объектов значение достоверно является отклонением от нормы нельзя.

Проводя исследования, мы получили следующее среднее арифметическое значение асимметричности листьев березы повислой – 0,05. Согласно пятибалльной шкале, мы выяснили, что экологическое состояние не соответствует условной норме.

Растения, произрастающие в данной местности, испытывают влияние неблагоприятных факторов, так как находятся в 100 метрах от железной дороги,, антропогенным воздействием которой является электромагнитное излучение. Степень загрязнения воздуха основными загрязняющими веществами в прямой зависимости от железной дороги. Все это не может не оказывать негативного влияния на развитие организмов, и, по моему мнению, вызывает нарушение стабильности развития листьев березы.

Наши исследования подтвердили тот факт, что отклонения в асимметричности листа березы связано с антропогенной нагрузкой.

Из этого можно сделать еще один вывод: метод флуктуирующей асимметрии – это дешевый (но трудоемкий) метод, позволяющий определять степень загрязнения в изучаемом районе.

Результаты исследования.

В результате проведенных исследований мы установили степень нарушения стабильности развития листьев берёзы повислой. Первый балл шкалы - условная норма (обычно наблюдается в выборках растений из благоприятных условий произрастания, например из природных заповедников). Пятый балл шкалы критическое значение. Такое значение показателя асимметрии наблюдается в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии. Второй, третий и четвертый балл свидетельствуют о том, что растения испытывают влияние неблагоприятных факторов по степени нарастания.

Существует зависимость асимметрии листовых пластинок березы плосколистной (Betula platyphylla) от неблагоприятного воздействия человека на окружающую среду.

Растения (в т. ч. береза плосколистная (Betula platyphylla) на территории нашего города, произрастающие вблизи железной дороги находятся в сильно угнетенном состоянии из-за крайне неблагоприятного воздействия на окружающую среду. А, значит, и экологическая обстановка здесь не может считаться благополучной.

Выводы.

1.Берёза повислая широко распространена в Республике Татарстан и доступно для сбора необходимого материала (листьев).

2.Существует зависимость асимметрии листовых пластинок березы плосколистной (Betula platyphylla) от неблагоприятного воздействия человека на окружающую среду.

3.Растения (в т. ч. береза) на территории нашего города, произрастающие вблизи железной дороги находятся в сильно угнетенном состоянии из-за крайне неблагоприятного воздействия человека на окружающую среду

4.Показатель асимметрии был равен 0,80, что соответствует 5 баллу шкалы. Это значит, что исследуемые берёзы находятся в крайне неблагоприятных условиях.

5. Асимметрия листовой пластины березы могут служить индикатором состояния окружающей среды

Заключение.

В результате проведенных исследований, мы пришли к выводу, что деревья очень чувствительны к изменениям окружающей среды, и в первую очередь это проявляется в строении их листьев. В нашем примере это были листья березы, где мы высчитывали показатель асимметричности. И при анализе полученных данных, мы поняли, что отклонения в строении связаны в первую очередь с деятельностью человека. Мы взяли этот проект, потому что очень важно определять асимметричность листьев, чтобы понять, насколько загрязнен воздух. С связи с этим встает вопрос о создании новых технологий двигателя (как дизельного и бензинного топлива), а также выявление таких видов топливного средства, которые бы меньше загрязняли, а то и вовсе не оказывали негативного влияния на окружающую нас среду.

Литература.

1.Алексеев : Учебное пособие для учащихся 10 – 11 классов. Общеобразовательных учреждений разных видов. СПб., СМИО Пресс, 1997

2. , , . Здоровье среды: методика оценки. Центр экологической политики России, Центр здоровья среды. – М., 2000. – 68 с.

3. , , ,. Здоровье среды: практика оценки. Центр экологической политики России, Центр здоровья среды. – М., 2000. – 320 с.

4. , (ред.) Биотест: интегральная оценка здоровья экосистем и отдельных видов. Моск. отделение МФ «Биотест». - М., 1993. – С.68

5. М, Яблоков морфологической изменчивости как метод оценки состояния природных популяций //Новые методы изучения почвенных животных в радиоэкологических исследованиях. - М.: Наука,1985. – С.176-185.