Для определения площади листовой пластинки по методу Полякова Н. К. используют фигуры, наиболее соответствующие форме листа, чаще всего — прямоугольник. С целью выявления наиболее подходящей геометрической фигуры для определения площади листа используют четыре модели листовой пластинки:
четырехугольник: Sqr = ab, где Sqr — площадь четырехугольника, a и b — максимальная длина и ширина листовой пластинки.
окружность: Sc = na2/4, где Sc — площадь круга, a — длина листа.
эллипс: Sell = nab/4, где Sell — площадь эллипса, a и b — максимальная длина и ширина листовой пластинки.
среднее значение площади четырехугольника и окружности: Sqc = (Sqr+ Sc)/2.
Последняя формула предложена Н. И. Федоряко [4], как наиболее оптимальная для определения площади листовой.
Для расчета площади листа необходимы два показателя — длина и максимальная ширина листовой пластинки. Первый показатель листа соответствует длине центральной жилки. Ширина листовой пластинки измеряется в наиболее широкой его части, перпендикулярно центральной жилке.
2.
3.3. Определение навески семян и длины черешка Из фракции чистых семян с каждого дерева произвели отсчет 100 шт. семян и взвесили их на технических весах с точностью до второго знака после запятой; полученный результат разделили на 100 для определения среднего веса семени.
Длина черешка измерялась с помощью линейки.
2.
3.4. Статистическая обработка результатов
Все результаты были статистически обработаны по классическим методикам. При этом для каждого показателя рассчитывались следующие величины:
среднее арифметическое по формуле
(1)
где — среднее арифметическое величины, xi — значение величины, полученное в результате i-го опыта (измерения), N — число опытов (измерений) Среднее квадратическое отклонение по формуле
(2)
где σ - среднее квадратическое отклонение, — среднее арифметическое величины, xi — значение величины, полученное в результате i-го опыта (измерения), N — число опытов (измерений) стандартная ошибка среднего арифметического по формуле
(3)
где mX — стандартная ошибка среднего арифметического σ - среднее квадратическое отклонение, N — число опытов (измерений)
t — критерий Стьюдента по формуле
(4)
где в случае равночисленных выборок
(5)
и — средние арифметические величины двух выборок, xi и yi — значения величин выборок x и y, соответственно, полученные в результате i-го опыта (измерения), N — число опытов (измерений) в выборке в случае, когда сравниваются равночисленные выборки.
Для оценки статистической достоверности различий между исследованными пробами, полученные значения критерия Стьюдента сравнивались с имеющимися в соответствующих таблицах.
Евклидова дистанция между двумя точками х и у — это наименьшее расстояние между ними. В двухили трёхмерном случае — это прямая, соединяющая данные точки. Общей формулой для n-мерного случая (л переменных) является:
(6)
где a и b — точки в n-мерном пространстве,
i — порядковый номер признака,
и — координаты точек a и b по признаку i.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.
1. Определение окраски листьев
Окраска листьев определяется содержанием хлорофилла и некоторых других растительных пигментов. У всех собранных листьев был определен показатель оттенка и показатель Green. Анализ листьев из различных районов города Заводоуковска показал заметную изменчивость данных признаков.
Так как материал для анализа были собраны в августе 2010 г., листья успели «накопить» вредные вещества, находящиеся в атмосфере города, и их анализ целесообразен.
Во всех районах города листья темнее контроля. Это связано с ростом запыленности воздуха в городе, ослаблением светового потока, достигающего лист.
Так как свет самым непосредственным образом влияет на фотосинтез, а именно необходим для образования хлорофилла, относительно низкая освещенность эффективна для инициации или ускорения образования хлорофилла. Очень яркий свет вызывает разложение хлорофилла. Следовательно, хлорофилл всегда одновременно синтезируется и разрушается. На ярком свету равновесие устанавливается при более низкой концентрации хлорофилла, чем при свете малой интенсивности. Теневые листья обычно имеют более высокую концентрацию хлорофилла, чем световые. Следовательно, компенсаторная реакция листа проявляется в большем синтезе хлорофилла, что обусловливает его темный цвет.
Проанализированный нами показатель насыщенность зеленого цвета (Green) подтверждает это предположение. В городе насыщенность имеет большее значение, чем в контроле.
Таблица 1. Показатели Green на примере Клена ясенелистного
N*
п/п Место сбора R (Red) G (Green) В (Blue) Ошибка сред.
арифметического t-критерий Стьюдента 1 с. Падун — К (контроль) 57,62 67,14 33,66 ±1,126 0 2 Район автовокзала; 42,34 74,26 22,51 ±0,419 0,324 3 Район машиностроительного завода; 51,37 66,38 34,67 ±1,156 0,213 4 Район железнодорожного вокзала. 52,53 72,36 23,22 ±0,232 0,253
Рис. 4 Относительное значение показателя Green листьев Клена ясенелистного (отношение к контролю) из различных районов г. Заводоуковска в августе 2011 года.
По сравнению с контролем во всех районах города показатель оттенка больше контроля. Особенно сильно в большую от контрольного варианта сторону отличается показатель оттенка в районе машиностроительного завода и автовокзала.
Таблица 2 Значение показателя оттенка в разных пунктах г. Заводоуковска Места сбора Показатель оттенка, Х±т Отношение к контролю 1. с. Падун — К (контроль) 1,229 ±0,010 1,000 2. Район автовокзала; 1,424 ±0,013 1,159 3. Район машиностроительного завода; 1,473 ±0,012 1,199 4. Район железнодорожного вокзала. 1,365 ±0,011 1,111
Рис. 5 Относительное значение показателя оттенка листьев Клена ясенелистного (отношение к контролю) из различных районов г. Заводоуковска в августе 2011 года.
Исходя из произведенных расчетов, можно отметить, что практически по всем показателям, характеризующим общие особенности листа и дающим возможность оценки, значение выше контрольной точки (контроля).
3.
2. Площадь листовой пластинки
Была измерена каждая центральная пластина исследуемого листа клена ясенелистного из разных точек города.
Таблица 3 Площадь листа клена ясенелистного Место сбора Площадь листа, кв.см. Ошибка сред, арифметического Отношение к контролю 1. с. Падун — К (контроль) 86,63 ± 2,043 1 2. Район автовокзала; 71,73 ± 1,114 0,828 004 3. Район машиностроительного завода; 58,23 ± 2,231 0,672 169 4. Район железнодорожного вокзала. 72,79 ± 1,231 0,84 024
Рис. 6 Относительное значение показателя площади листа Клена ясенелистного (отношение к контролю) из различных районов г. Заводоуковска в августе 2011 года.
Исходя из результатов анализа можно увидеть, что наименьшей площадью листовых пластинок обладают клены, произрастающие в районе автовокзала и машиностроительного завода.
В условиях загрязнения отмечается уменьшение размеров листовой пластинки клена ясенелистного.
Уменьшение морфометрических параметров листьев клена ясенелистного по мере усиления загрязнения можно рассматривать как адаптивные реакции данного вида на действия загрязнения, направленные на обеспечение устойчивого роста и развития в данных экстремальных лесорастительных условиях.
Уменьшение размеров листовой пластинки в неблагоприятных условиях среды обусловлено в процессе онтогенеза короткой стадией деления клеток и быстрой дифференциацией тканей. Сокращение листовой поверхности ведет в свою очередь к снижению транспирации.
3.
3. Определение навески семян
Было проведено взвешивание семян клена ясенелистного по сто семян с каждого дерева из разных точек города и потом определена средняя масса семян.
Таблица 4 Масса семян клена ясенелистного Место сбора Масса семян, мг. Ошибка сред, арифметического Отношение к контролю 1. с. Падун — К (контроль) 37,12 ± 1,113 1,000 2. Район автовокзала; 22.12 ± 1,213 0,596 3. Район машиностроительного завода; 14,11 ±1,343 0,380 4. Район железнодорожного вокзала. 25,12 ± 1,123 0,677
Рис. 7 Относительное значение показателя массы семян Клена ясенелистного (отношение к контролю) из различных районов г. Заводоуковска в августе 2011 года.
Исходя из результатов анализа можно увидеть, что наименьшей массой семян обладают клены, произрастающие в районе автовокзала и машиностроительного завода.
Уменьшение массы семян происходит под действием загрязнителей, которые присутствуют в почве и воздухе отдельных районов города.
Анализируя длину черешка листовой пластинки у растений разных участков произрастания были получены следующие результаты.
Таблица 5. Длина черешка листьев клена ясенелистного Признак Среднее значение, М±m Отношение к контролю Критерий Стьюдента
1. с. Падун — К (контроль) 99,93(1,82 1 54,92 2. Район автовокзала; 65,73(1,19 0,65 776 38,41 3. Район машиностроительного завода; 53,54(1,68 0,535 775 31,96 4. Район железнодорожного вокзала. 76,48(0,79 0,765 336 46,46
Анализируя длину черешка листовой пластинки у растений разных участков произрастания получены следующие результаты: у растений, произрастающих на загрязненной территории, происходит уменьшение длины черешка листа.
Рис.
8. Длина черешка листовой пластинки, мм.
Достоверность опыта высокая, что позволяет говорить о прямой зависимости длины черешка от количества загрязняющих веществ в воздухе.
На основе обобщения всех показателей с помощью кластерного анализа покажем дистанцию между пунктами исследования (евклидово расстояние).
Таблица 6. Общая таблица измерений
N*
п/п Место сбора Показа-тели Green R (Red) Показа-тели Green G (Green) Показа-тели
Green В (Blue) Показатель
оттенка Площадь листа, кв.см. Масса
семян, мг. Длина черешка листьев, М±m dab 1 с. Падун
(контроль) 57,62 67,14 33,66 1,229 86,63 37,12 99,93 0 2 Район автовокзала; 42,34 74,26 22,51 1,424 71,73 22,12 65,73 45 3 Район машинострои-тельного завода 51,37 66,38 34,67 1,473 58,23 14,11 53,54 59,4 4 Район железнодорож-ного вокзала. 52,53 72,36 23,22 1,365 72,79 25,12 76,48 32,37
Наибольшее расстояние от точки контроля по совокупности показателей до района машиностроительного завода.
По совокупности исследованных биоиндикационных морфофизиологических показателей клена ясенелистного районы исследования расположили в следующем порядке:
Районы с сильно выраженным изменением морфофизиологических показателей (район машиностроительного завода, район автовокзала).
Районы со средне выраженным изменением морфофизиологических показателей (район железнодорожного вокзала).
Районы со слабо выраженным изменением морфофизиологических показателей (С. Падун).
ВЫВОДЫ
В августе 2011 г. значения показателя показатель оттенка во всех районах города оказались больше контроля.
Наименьшей площадью листовых пластинок обладают клены, произрастающие в районе машиностроительного завода, районе автовокзала.
Наименьшей массой семянобладают клены, произрастающие в районе автовокзала и машиностроительного завода.
Анализируя длину черешка листовой пластинки у растений разных участков произрастания получены следующие результаты: у растений, произрастающих на загрязненной территории, происходит уменьшение длины черешка листа.
По совокупности исследованных биоиндикационных морфофизиологических показателей клена ясенелистного районы исследования расположили в следующем порядке:
Районы с сильно выраженным изменением морфофизиологических показателей (район машиностроительного завода, район автовокзала).
Районы со средне выраженным изменением морфофизиологических показателей (район железнодорожного вокзала).
Районы со слабо выраженным изменением морфофизиологических показателей (С. Падун).
Районы по значимости изменений морфофизиологических показателей расположились именно в такой последовательности, так как в основном это районы с высокой промышленной нагрузкой и развитой транспортной инфраструктурой.
Второва, В.ІІ. К вопросу оценки состояния окружающей среды. / В. Н. Второва, Т. К. Сергеева // Экология.- 1999. №
1. С. 20−25.
Израэль, Ю. А. Экология и контроль состояния природной среды. / Ю. А. Израэль. — М: Гидрометиоизда, 1984, -420 с.
Радкевич, В. А. Экология: Краткий курс. / В. А. Радкевич. ;
МН.: Высш. шк. 1983. — 320 с.
Бакулин В. В. География Тюменской области. / В. В. Бакулин, В. В. Козин.
Учебное пособие.
Сред.- Урал.Кн. Изд.-во, 1996. 240с, Алтухов, Ю. П. Экология в России на рубеже 19 века: монография / Ю. П. Алтухов.
— М.: Инс — т общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН, 2001.
— 47 с.
Лыгин, С. А. Источники загрязнения атмосферы: факторы и цифры: / С. А. Лыгин, Р.
И. Лыгина. // - Химия в школе. ;
2001. № 5.-С. -4−8.
Снакин, В. В. Свинец в биосфере: / В. В. Снакин. // - Вестник РАН — 1998.-Т. 68, № 3, — С. 214 -224.
Радкевич, В. А. Экология: Краткий курс, / В. А. Радкевич.
— МН.: Высш. шк. 1983. — 320 с.
Федорова, А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. / А.
И. Федорова, А. Н. Никольская. ;
М.: Гуманит. изд. центр В ЛАД ОС, 2001.-288 с.
Шуберта, Р. Биоиндикация загрязненных экосистем. / под ред. Р. Шуберта, Э. Вайнерта, Р.
Вольтера. — М: Мир, 1998. — 348 с.
Чернова, Н. М. Экология: / Н. М. Чернова, А. М.
Былова. — Учеб. пособие для студентов биол. спец. пед. ин — ов.
2-е изд., перераб. -М.: Просвещение, 1988, 272 с.
Федорова, А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений. /
А. И. Федорова, А. Н. Никольская. — М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001.-288 с.
Бурдин, К. С. Основы биомониторинга. / К.
С. Бурдин. — М. Изд.
— во МГУ, 1985,-340 с.
Депенчук, Н. П. Симметрия и асимметрия в живой природе. / Н. П. Депенчук.
— Киев: Издательство Академии наук УССР, 1963. — 175 с.
Касинов, В. М. Биологическая изомерия. / В. М. Касинов. — Л.: Наука, 1973.-267 с.
Захаров, В. М. Асимметрия животных. / В. М. Захаров. ;
М.: Наука, 1987. -216 с.
Шмальгаузен, И. И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии: избранные труды. / И. И. Шмальгаузен. М.
Наука, 1982. — 364.
Шубников, А. В. Симметрия в науке и искусстве. /
А. В. Шубников, В. А.
Копцик. — М.: Мысль, 1972. -262 с.
Романов, Н. О. Связь внутрипопуляционного уровня флуктуирующей асимметрии с гетерозиготностью по некоторым биохимическим маркерам у красной нерки Oncorhyncys nerka. /
Н. О. Романов, В. А. Паренский. // ;
Генетика. — 1997. — Т.
35, № 5. -С. 687−692.
Шафрановский, И. И. Симметрия в природе. / И.
И. Шафрановский. — Л: Недра, 1985. -167 с.
Гота, В. С. Симметрия, инвариантность, структура. / В.
С. Гота. — М.: Высшая школа. 1967.
— 338 с.
Антипин, М. И. Стабильность развития и изменчивость морфологических признаков в природной популяции Drosophilla melanogaster; сезонная динамика в 1999 году. /
М. И. Антипин, Т. А. Ракинская, А. Г. Шмакова.
// - Генетика. — 2001. Т.
37, № 1. — С. 66−72.
Сонин, А. С. Постижение совершенства: симметрия, асимметрия, дисимметрия, антисимметрия. / А. С. Сонин. — М.: Знание, 1987. — 204 с.
Захаров, В. М. Асимметрия животных. / В. М. Захаров. ;
М.: Наука, 1987. -216 с.
Гетко, Н. В. Растения в техногенной среде. / Н. В.
Гетко. — Минск: Наука. 1989 — 196 с.
Пояркова А. И. Род 870. Клён — Acer // Флора СССР. В 30-ти томах / Начато при руководстве и под главной редакцией акад. В. Л.
Комарова; Редакторы тома Б. К. Шишкин и Е. Г. Бобров. —
М.—Л.: Издательство Академии Наук СССР, 1949. — Т. XIV. —
С. 621—622. — 790 с.
Губанов И. А., Киселёва К. В., Новиков В. С., Тихомиров В. Н.
884. A cer negundo L. (N
egundo aceroides Moench) — Клён ясенелистный, или американский // Иллюстрированный определитель растений Средней России. В 3-х томах. — М.: Т-во научных изданий КМК, Ин-т технологических исследований, 2003. — Т.
2. Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные). — С.
539.
Гашев, С. Н. Статистический анализ для биологов (руководство по использованию пакета программ «Statan» — 1996). /
С. Н. Гашев. — Тюмень. ТГУ, 1996.
23 с.
Артамонов, В. И. Растение и чистота природной среды. / В. И. Артамонов. ;
М.: Наука. 1986.-175 с.
Амбарцумян, В. В. Автотранспорт и окружающая среда. //
В. В. Амбарцумян. — В сб.: Экология и жизнь.
М: Наука, 1999. — 66 с.
