WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |

На правах рукописи

Попова Елена Ивановна

МОРФО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

PLANTAGO MAJOR L. И PLANTAGO MEDIA L. В

ЗАВИСИМОСТИ ОТ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Пермь – 2009

Работа выполнена на кафедре ботаники и биотехнологии ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет» и кафедре зоологии, экологии и природопользования ГОУ ВПО «Тобольский государственный педагогический институт им. Д. И. Менделеева»

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор

Цой Рольф Максимович

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Боме Нина Анатольевна

доктор биологических наук, профессор

Ильминских Николай Геннадьевич

кандидат биологических наук, доцент

Кайгородов Роман Владимирович

ГОУ ВПО «Челябинский государственный

педагогический университет»

Защита диссертации состоится «24» сентября 2009 года в 1330 часов на заседании диссертационного совета Д 212.189.02 при Пермском государственном университете по адресу: 614990, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, 15, зал заседаний Ученого совета

Адрес сайта: http:www.psu.ru

E-mail: novoselova@psu.ru

Fax: (342)237-16-11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государст-

венного университета.

Автореферат разослан 10 августа 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор биологических наук, доцент Л. В. Новоселова

Характеристика работы

Актуальность работы. Анализ фонового состояния окружающей среды свидетельствует о тенденции накопления в ней ряда химических соединений, отрицательно воздействующих на биологические системы. Антропогенное загрязнение территории города Тобольска и Тобольского района из года в год усиливается, происходит деградация естественных экосистем и снижение видового биоразнообразия растений (Обзор, 2005).

С учетом вышеизложенного, в регионе нефтепереработки и нефтехимии исследования изменений, происходящих в популяциях растений, подверженных воздействию различных загрязнений в системе: атмосферный воздух – почва – растение, перспективны в теоретическом (микроэволюционном) и прикладном (экомониторинговом) аспектах.

Из растительных объектов удобно использовать ценопопуляции подорожника большого (Plantago major L.) и подорожника среднего (Plantago media L.) как антропотолерантных видов с широким географическим распространением и преимущественно семенным размножением (Жукова, 1995).

Исходя из определенной практической значимости подорожников и их адаптированности к сильному антропогенному стрессу в условиях урбанизированной и промышленной среды, знание особенностей их биологии, онтогенеза и морфогенеза важно для биоиндикационных исследований. Plantago major L. и Plantago media L. могут быть чуткими маркерами при оценке качества среды обитания человека.

Цель работы: исследование морфо-биологической пластичности видов подорожника большого (P. major L.) и подорожника среднего (P. media L.) при различных антропогенных нагрузках.

Для достижения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

в зависимости от местоположения на градиенте центр города-окрестности, а также с учетом близости-удаленности от основных промышленных объектов и автомагистралей, подобрать модельные ландшафтные участки с различной антропогенной нагрузкой;

исследовать параметры приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха, почвы и снежного покрова на модельных ландшафтных участках;

определить содержание тяжелых металлов в растениях P. major L. и P. media L. на разных модельных участках;

охарактеризовать основные ценотические параметры исследуемых участков;

изучить морфоструктурные параметры и особенности онтогенеза P. major L. и P. media L. на разных участках;

выявить влияние различных антропогенных нагрузок на энергию прорастания, всхожесть семян и отклонения в развитии проростков;

изучить токсичность тканевых соков P. major L. и P. media L., обусловленную аккумуляцией тяжелых металлов, на биологические объекты (корневые меристемы лука репчатого Allium cepa L.).

Научная новизна. Впервые изучена пластичность ведущих морфометрических параметров вегетативной сферы возрастных этапов Plantago major L. и Plantago media L. в зависимости от антропогенных нагрузок и разногодичные (три года) флюктуации этих параметров. Особое внимание в исследовании уделено влиянию различных антропогенных нагрузок на самый ранний этап онтогенеза (энергия прорастания, всхожесть, доля аномальных проростков), когда организм растения наиболее уязвим к неблагоприятным факторам среды.

Выявлена корреляционная зависимость между накоплением тяжелых металлов в почве, снеге и тканях наблюдаемых растений. Определена аккумуляционная способность P. major L. и P. media L. в отношении тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb).

Впервые оценена токсичность тканевых соков P. major L. и P. media L. на биологические объекты на клеточном уровне посредством выявления доли аномальных митозов в корневых меристемах Allium cepa L.

Положения, выносимые на защиту.

1. Ведущие морфометрические параметры вегетативной сферы всех возрастных стадий онтогенеза P. major L. и P. media L. обнаруживают высокую пластичность в зависимости от степени антропогенной нагрузки. Наиболее лабильными и, следовательно, самыми диагностически значимыми являются следующие показатели: длина, ширина листа, масса надземной части растения и корневой системы на стадиях онтогенеза g1, g2, g3. Биоиндикационная ценность P. major L. во всех отношениях выше, чем у P. media L. Разногодичные флюктуации вписываются в выявленные тенденции.

2. Норму реакции на антропогенную нагрузку на самых первых этапах онтогенеза можно обнаружить в лабораторных условиях (энергия прорастания, всхожесть, доля аномальных проростков). При этом, P. media L. более информативен, чем P. major L.

3. Аккумуляция тяжелых металлов обуславливает высокую токсичность тканевых соков P. major L. и P. media L., что проявляется в увеличении доли аномальных митозов в биологических объектах.

Практическая значимость. Поскольку исследованные модельные ландшафтные участки в г. Тобольске и его окрестностях маркированы на местности, и сложившийся характер землепользования на них в обозримой перспективе не подвергнется изменениям, результаты исследований могут послужить как отправная (стартовая) основа для последующего долговременного экомониторинга. Последующие мониторинговые исследования можно проводить и в несколько усеченном варианте, с замером наиболее диагностически значимых, выявленных в данном исследовании, параметров. Вместе с тем, с появлением новых аналитических возможностей спектр вовлекаемых в анализ антропогенных загрязнителей может быть и расширен.

Некоторые аспекты биомониторинговых и биоиндикационных исследований могут войти в широкую практику учебно-исследовательских работ в высших и средних учебных заведениях города и региона.

Полученные данные должны побудить соответствующие службы и организации к разработке специальной системы регламентационных мер по предотвращению возможного использования загрязненных растений в качестве фармацевтического сырья.

Необходима популяризаторская работа в СМИ о возможных негативных последствиях употребления населением растений, собранных на урбанизированных и промышленных территориях, в качестве пищевых и лекарственных (в народной медицине) растений.

Апробация работы. VI Международная научно-практическая конференция «Города России: проблемы строительства, инженерного обеспечения, благоустройства и экологии», Пенза, 2004; ХХХV региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2004; Региональная научно-практическая конференция «Научно-исследовательская деятельность как фактор развития региона», Тобольск, 2005; ХХХVI региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2005; Международная научно-практическая конференция «Экологические проблемы современности», Пенза, 2005; Всероссийская конференция «Менделеевские чтения», Тюмень, 2005; ХХХVIII региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2007; ХХХIХ региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2008; заседания кафедры биологии, экологии и природопользования ТГПИ им. Д. И. Менделеева (Тобольск-2008), кафедры ботаники и биотехнологии ТюмГУ (Тюмень, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в т. ч. две публикации в издании, рекомендованном ВАК, и одна коллективная монография.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, три главы, заключение, выводы, список литературы и 31 приложение. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков, 18 таблиц. Список литературы включает 234 источников, из них 25 на иностранных языках. Общий объем работы с приложениями составляет 195 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обосновывается актуальность, научная новизна и практическая значимость исследования, ставятся цель и задачи.

Глава 1. Обзор литературы

В главе 1 приводится анализ публикаций, монографий, обзорных и оригинальных статей отечественных и зарубежных авторов по вопросам, связанным с экологией, биологией и особенностью онтогенеза P. major L. и P. media L., а также по проблеме влияния тяжелых металлов, нефтепродуктов и атмосферных поллютантов на растительные организмы.

Глава 2. Условия, материалы и методы исследований

2. 1. Физико-географическая характеристика г. Тобольска

Город Тобольск расположен на возвышенности «Тобольский материк» на правом берегу Иртыша. Данная приподнятая равнина в окрестностях города прорезана оврагами и логами, являющимися местом сосредоточения редких сообществ растений. Тобольский район находится в подзоне южной тайги таежной зоны.

Климат г. Тобольска и Тобольского района в целом является континентальным. Он складывается под воздействием циклонических переносов влажных атлантических воздушных масс, вторжений холодного арктического воздуха и также теплого воздуха из Казахстана (Архипов, 1971; Будьков, 1988; Отшаров, 1991).

Температурный режим г. Тобольска отмечается большой изменчивостью, как по годам, так и в течение вегетационного периода. При рассмотрении основных климатических характеристик основное внимание в работе отведено 2003-2005 годам, так как наблюдения проводились в эти годы.

Среднесуточная температура воздуха колебалась от 10,1 до 19,5 0С в 2003 году, от 8,6 до 20,1 0С в 2004 году и от 9,9 до 18,6 0С в 2005 году. Эти показатели незначительно отличались от среднемноголетней нормы. Самым теплым и жарким был период с июня по август 2004 года, т.е. самым засушливым по сравнению с 2003, 2005 годами. В 2004 году была зафиксирована максимальная 20,1 0С (июль) и минимальная 8,6 0С (сентябрь) среднесуточная температура воздуха. Для этого периода характерно и наименьшее количество выпавших осадков. Большое количество осадков приходилось на теплый период времени, с апреля по октябрь месяцы. Колебания количества осадков по годам в большинстве случаев превышали норму (2003 год – июнь 104, 1 мм, август 129,9 мм; 2004 год – август 60,9 мм, сентябрь 85,6 мм; 2005 год – июнь 135.3 мм, август 102,8 мм). Менялись количество и характер распределения осадков, что создавало неустойчивость влаги в почвах.

2. 2 Состояние атмосферного воздуха, снега и почв г. Тобольска

Атмосферное давление в центре города несколько повышено в сравнении с пригородными местностями, в связи с чем возникает так называемый "городской ветер" – движение воздуха от периферии к центру. Вместе с воздухом в центр города проникают выбросы заводов, расположенных на окраинах.

Лидерами по количеству выбрасываемых веществ в атмосферу в последние годы являются крупные предприятия города Тобольска: ТНХК филиал ОАО «Сибур-Тюмень», Тобольская ТЭЦ, МУП «Энерго-Тобольск», ОАО «ТПАТП», жилищно-коммунальное хозяйство и др. Приоритетные загрязнители атмосферного воздуха города Тобольска (двуокись серы, двуокись азота, оксид углерода) в течение 2002-2004 годов находились в пределах ПДК, за исключением формальдегида (около 2 ПДК). На уровне верхней границы ПДК приоритетные загрязнители в атмосферном воздухе обнаруживаются на территориях ТПАТП (4 микрорайон), ТНХК, ТЭЦ, ТГМЗ и ТХК (6 микрорайон) (Ильин, 2005).

Содержание сульфатов, фенолов, свинца, хрома, никеля, цинка, тяжелых нефтепродуктов выше в пробах зимних осадков и почвах в городской черте, а аммонийный азот на достаточно высоком и равном с городом уровне обнаруживается в снежном покрове и почвах сельских населенных пунктов. Повышение значений общего железа, свинца, кадмия, аммиака, нитратов и общей жесткости обуславливается сжиганием угля и газа в котельных города, промежуточных продуктов производства ТНХК, а также выбросами автотранспорта.

2. 3. Полевые исследования

На этапе полевых исследований первоначально были определены модельные ландшафтные участки с различной антропогенной нагрузкой (Ильминских, 1993), на которых исследованы параметры приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха, снега и почвы, выявлено содержание (Cu, Zn, Pb) в растениях P. major L. и P. media L. и охарактеризованы основные фитоценотические параметры. При выявлении степени загрязнения исследуемых участков проводилось наблюдение за состоянием атмосферного воздуха, почвы, снежного покрова, химического состава растений.

Для определения в атмосферном воздухе сернистого ангидрида, двуокиси азота и окиси углерода использовали газоанализатор Анкат 765401.

Химический анализ снега и почвы проводили на базе «Центра гигиены и эпидемиологии в Тюменской области в г. Тобольске, Тобольском, Вагайском районах» при помощи атомно-абсорбционного спектрометра «Квант-УФА» методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии с пламенной атомизацией. Отбор проб почвы производили в соответствии с ГОСТом (ГОСТ 17.4.4.02-84, 1986; РД 52.04.186-89, 1990).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»