Объект, материалы и методы исследования

Объект исследования

Биологическая характеристика семейства Рясковых (Lemnaceae).

В настоящее время в мировой флоре насчитывается около 10 видов ряски, распространеных почти повсеместно. Растут они в пресных, чаще стоячих, а иногда и медленно текущих ручьях и водах.

«Ряска — специфическое травянистое растете свободно плавающее в воде (а чаще на ее поверхности) и не укореняющееся в грунте. Несмотря на то, что все питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности растения, она получает из воды, ряска благополучно переносит высыхание, не носящее продолжительного характера. Это растение либо совсем не имеет листьев, либо они слишком слабо развиты.

Чаще всего на поверхности водоемов Средней полосы России можно встретить ряску малую. Она действительно маленькая — от 2,5 до 6,5 мм в диаметре пластинки. Размножается ряска вегетативно, но с поразительной скоростью: стебелек отпочковывает от себя дочерние стебельки, которые, не успев полностью отделиться от материнского растения, сами уже отпочковывают «дочек». Если ряска поселилась в непроточном водоеме, то в период массового размножения растения вся поверхность водоема в короткий срок оказывается «затянутой» ряской.

Пластинка ряски (ее называют щиток) — это видоизмененный стебель, с одного бока он имеет углубление в виде кармана, из которого появляется новый стебелек, который некоторое, время остается прикрепленным к старому, а затем отрывается и начинает жить самостоятельно. Каждый стебелек ряски имеет только один тонкий довольно длинный корешок, который в 4−5 раз длиннее диаметра пластинки и имеет на конце утолщение, которое играет роль якоря. Питательные вещества ряска всасывает прямо поверхностью листеца. Корешок растет из средины пластинки и не дает ей перевернуться на волне. Можно сказать, что растение состоит только из стебля и корешка [14]. «.

«Несмотря на свои крохотные размеры ряска умеет цвести (в природных условиях цветки у ряски образуются крайне редко). Любопытно то, что у этой крошки даже не цветок, а целое соцветие из 2−3 цветков. Соцветие имеет общуюоберточку в виде чашечки или, скорее мисочки, на дне которой располагается один пестичный цветок, похожий на крохотный кувшинчик и 1−2 тычиночных. Околоцветника — т. е. лепестков у них нет. Через 2−3 недели созревает одно семя, которое тонет в воде. Ряска — растение многолетнее. Осенью она погружается на дно водоема, где и проводит всю зиму, превращаясь в почку (турион), которая тяжелее воды. Весной, когда вода прогревается в достаточной степени, ряска всплывает на поверхность. Сигналом к образованию почек является изменение длины дня. Если ряску поместить в аквариум с постоянной длительной подсветкой, она как ни в чем ни бывало растет всю зиму, образуя сплошной покров на поверхности воды. Интересна не только сама ряска, но и ее название. Рясами или рясками называли нитки ожерелья или же нити и сеточки жемчуга, подвешиваемые к головному убору. Правда, на сеточку больше похож другой вид ряски, так же встречающийся в наших водоемах — ряска трехдольная. По другой версии, русское название ряски произошло от старославянского слова „ряса“ — „болото“, где эти растения часто встречаются. В отличие от маленькой ряски, ряска трехдольная не держится на поверхности воды, а плавает под самой поверхностью. Она так же не имеет листьев. Стебельки отрастают по два одновременно на противоположных боках старого. Взрослые стебельки имеют почти равную по длине пластинке суженную „ножку“. У этой ряски дочерние стебли не отрываются, и вся колония имеет вид нежной бледно-зеленой сетки из продолговато-ланцетных, почти прозрачных, похожих на листики стеблей. Они имеют среднюю жилку и выемчато-зубчатые края, что делает сеточку еще более нарядной. Трехдольная ряска цветет гораздо реже. Она несколько крупнее — 0,5−1 см. Соцветие такого же строения как у ряски маленькой, тоже отрастает из бокового „кармашка“. На зиму она так же образует зимующие почки.».

У ряски горбатой снизу щитка имеется воздухоносная ткань, похожая на маленький кусочек поролона, которая придает растениям этого вида дополнительную плавучесть.

Ряски обладают способностью к очень быстрому размножению, иногда в несколько дней водоемы со стоящей или медленно текущей водой зарастают сплошным зеленым ковром из многих миллионов экземпляров ряски. В стеблях ряски обнаружено большое количество протеина при минимуме клетчатки. Это приятный и питательный корм для свиней, гусей, кур, в большом количестве поедается рыбами и водоплавающими птицами (англичане так и называют ее — утиная трава). По своим питательным свойствам ряска приближается к лучшим кормам — зерну и бобовым.

Ряски сохраняют воду от гниения, поэтому их переносят в сосуды с водой, где сохраняются пиявки. Однако они не только «предохраняет воду от гниения», но и выделяет очень большое количество кислорода, что повышает питьевые качества воды, улучшает условия жизни рыб и других водных животных.

Малая, трехдольная и горбатая ряски — это представители рода Lemna (ряски) семейства Lemnoideae (рясковые). Представитель другого рода (Spirodela — многокоренники) этого семейства — многокоренник обыкновенный. Многокоренник обыкновенный, как следует из названия, отличается от рясок тем, что каждый щиток несет не по одному корешку, а по несколько.

Итак, наиболее обычно встречающаяся почти повсеместно ряска малая, несколько реже можно найти многокоренник. Ряска трехдольная довольно редка, а вот для того, чтобы среди ряски малой разглядеть листецы ряски горбатой, требуются опыт и умение.".

Ряска малая (Lemnaminor L.).

Рис. 2.1 Ряска малая

Описание внешнего облика:

Цветки: при основании стебля имеется боковой кармашек, в котором может развиваться соцветие, состоящее из двух тычиночных и одного пестичного цветков.

Листья: щитки эллиптической формы, 3−4,5 мм длиной и 2−3 мм шириной, зелёные, толстоватые и непрозрачные, верхняя сторона несколько выпуклая, нижняя — плоская, с корешком. За счёт ветвления образуют группы из 3−6 побегов.

Время цветения и плодоношения: Цветёт в мае-июне, но нерегулярно. Плоды созревают редко.

«Местообитание: ряска маленькая обитает в водоёмах со стоячей и медленно текущей водой. Расселяется с помощью птиц, лягушек и тритонов, прилипая к их телу и лапкам. Размножается вегетативно — молодыми стеблями, отделяющимися от материнского растения.

Распространенность: широко распространена в Евразии, Северной Африке, Северной Америке, Австралии. В России — во многих районах европейской части, в южной половине Сибири и Дальнего Востока. Обыкновенный вид во всех среднерусских областях.

Применение ряски малой в народном хозяйстве и медицине. «Использование рясковых самое разнообразное. Источник корма. Рясковые играют достаточно важную роль как в природных экосистемах (это корм для многих рыб, околоводных птиц и млекопитающих), так и непосредственно для человека. Ряска может служить и кормом для домашних животных, и пищей для нас самих. В Юго-Восточной Азии (Таиланд, Бирма, Лаос) население уже много поколений использует вольфию шаровидную (Wolffiaglobosa) как овощ и приправу под названием «водные яйца». В Мексике ряску горбатую продают на продовольственных рынках. Есть также сведения, что рясковые, именуемые «водным маисом», были важным пищевым продуктом для древних майя в Гватемале. Решающее значение для использования растения как источника пищи и фуража имеет его продуктивность — а она у рясковых неожиданно высокая, несмотря на крошечные размеры. Кроме того, использовать можно все растение целиком (а не отдельные части), и в течение всего вегетационного периода. Годовой урожай на возделываемой поверхности у рясковых выше, чем у любого другого пищевого растения. Так, для получения равного с ряской количества белков необходимо засеять люцерной поверхность, почти в 5 раз большую по площади, соей — в 10 раз. Похожее соотношение наблюдается и при оценке получаемого с единицы возделываемой площади крахмала. Культура рясковых особенно перспективна в регионах с круглогодичным вегетационным периодом. В среднем продуктивность рясковых составляет 1300 — 3900 т/км2 в год [31]. «.

«Oчистка технических вод с помощью рясковых. В природе рясковые особенно хорошо растут в эвтрофных, т. е. обогащенных питательными веществами (нитраты, аммиак, фосфаты), водоемах. Опыты показали, что эти растения устойчивы к очень высоким концентрациям этих веществ — таким, которые наблюдаются в водоемах, куда поступают отработанные коммунальные, сельскохозяйственные и промышленные воды. Благодаря быстрому росту рясковые поглощают огромное количество таких веществ, тем самым очищая воду. Эти свойства рясковых позволили их использовать для очистки технической воды. Созданные рядом фирм США и Германии на основе рясок технические установки по очистке воды представляют собой несколько ванн с поверхностью около 200 м² с очищаемой водой и рясковыми, агрегаты по сбору и транспортировке растений, устройства по их сушке, ферментации, накопитель метана, генератор и др. Если поступающая в установку вода содержит 40−60 мг/л взвешенных частиц и 3−5 мг/л фосфора, то после очистки в ней остается этих веществ 3,1 и 0,2 мг/л соответственно. Кроме того, в таких сооружениях существенно подавляется рост водорослей, поскольку листецы рясковых поглощают солнечный свет уже на водной поверхности, ограничивая его доступ в нижележащие слои. Одна такая установка способна обеспечить очистку коммунальных вод для поселка с населением около 100 человек [27]. «.».

«Очистка вод с животноводческих ферм. Аналогично можно использовать рясковые и для очистки отработанных вод животноводческих ферм. Так, для удаления азота из навозной жижи от 16 коров необходим 1 га водной поверхности с растущей ряской. Эффективность увеличивается, если навозную жижу сначала ферментируют в метан — в этом случае ферма на сто коров может быть еще и полностью обеспечена энергией. А после сушки урожай рясковых можно применять как органическое удобрение. Если выращиваемую на навозной жиже ряску дезинфицировать гипохлоритом, ее можно использовать и на корм скоту [35]. «.

«Очистка промышленных вод. Поскольку рясковые могут накапливать и токсичные тяжелые металлы, эти растения предлагают использовать и в очистке промышленных вод. Ряска малая, например, за двое суток уменьшает содержание меди в отработанной воде с 5 мг/л до 1 мг/л. Правда, тяжелые металлы вызывают у растений повреждения, но и это может быть использовано — наличие характерных симптомов дает основания для контроля качества воды. Помимо металлов рясковые могут также удалять из отработанных вод токсичные органические соединения (например, полихлорбифенилы — на 100%). Ряска малая накапливает в больших количествах гербициды. Можно предполагать, что особенно эффективно могут очищаться рясковыми богатые углеводами отработанные воды сахарной промышленности [39]. «.

«Применение рясковых в биотехнологических процессах. Другой формой использования рясковых является их применение в биотехнологических процессах, в частности в биореакторах — как поставщика ферментов для ускорения химических превращений. Например, активность некоторых ферментов можно существенно увеличить предварительным выращиванием ряски в условиях недостатка фосфатов. Кроме того, наполнитель из рясковых, высушенный при замораживании или в потоке воздуха, еще долго может сохранять каталитические свойства. Полученные из него сухие препараты в форме гранул через месяцы и годы вновь способны реактивироваться после увлажнения и могут загружаться в биореактор для участия в новых процессах [10]. «.

«Использование в медицине. «Из рясковых производят и пористые микрокапсулы, состоящие из неразрушенных клеточных стенок, которые используют в хроматографии для разделения смеси веществ на основе различий размеров их молекул, например, отделения низкомолекулярных сахаров, солей от макромолекул (белки), коллоидов и суспензированных частиц (клетки, органеллы). В частности, на этой основе разработаны процессы очистки крови. Перспективно использование таких капсул в молочной промышленности, в очистке питьевой воды. Кроме того, уже несколько десятилетий рясковые, в силу их нетребовательности к среде, небольших размеров и простоты строения, рассматривают как ценный модельный объект для морфогенетических, физиологических, биохимических экспериментов [5]. «.

«В народной медицине растение используют как жаропонижающее и мочегонное, противокашлевое, противовоспалительное и ранозаживляющее средство. Полезна при крапивнице, отеках нервного происхождения, при витилиго, подагре, ревматизме, желтухе, воспалениях и опухолях слизистых оболочек верхних дыхательных путей [3]. «.

«Химический состав ряски малой (Lemnaminor). Сухая масса содержит в среднем около 35% белков, примерно столько же углеводов и 10−15% жиров. Остальное приходится на клетчатку. Белок рясковых отличается высокими потребительскими свойствами — за исключением метионина, цистеина и триптофана он содержит все необходимые для питания аминокислоты в количествах, соответствующих нормам Всемирной продовольственной и сельскохозяйственной организации (ФАО). По содержанию необходимых аминокислот рясковые превосходят такие продовольственные культуры, как кукуруза и рис, а также обогащены лизином, аргинином, аспараговой и глутаминовой кислотами. Содержание углеводов варьирует между 14 и 43% от сухого веса, но и этот показатель можно увеличить на 40% специальными добавками при культивировании. Рясковые также богаты витаминами А1, В1, В2, В6, С, в особенности много в них витаминов Е (около 0,5 мг/г сухого веса) и РР (никотинамид) — около 0,8 мг/г сухого веса. В сухом веществе ряски содержится до 6% кальция, 3% фосфора. 2% магния. В 100 г сухой массы этого растения 0,048 мг кобальта, 0,018 мг брома, 0,032 мг меди, 0,7 мг никеля, 4,8 мг титана, марганец, йод, цинк, ванадий, радий и другие микроэлементы [4, c. 19].

Успех биоиндикационного исследования во многих случаях зависит от выбора тест — объект — организм, помещенного в анализируемую среду, по выживаемости, состоянию и поведению которого судят о ее качестве [7]. «.

В наших исследованиях в качестве тест — объекта был выбран один вид семейства рясковых, повсеместно встречающийся на территории Уфимского района Республики Башкортостан — ряска малая (Lemnaminor L.). Поскольку, в отличие от остальных представителей семейства она неприхотлива в содержании, имеет достаточную площадь листеца по сравнению с другими видами, обладает мгновенным ростом (в первые дни набирает максимальный темп роста, затем его приостанавливает), повышенной чувствительностью к загрязнению воды, и на каждый загрязнитель проявляется специфическая реакция.