Биохимические и морфологические изменения у березы бородавчатой под влиянием воздушного загрязнения

Биохимические и морфологические изменения у березы бородавчатой под влиянием воздушного загрязнения

 

Автор:

Черненеко Маргарита

10 «В» класс МБОУ СОШ № 144

Руководитель:

Жданова

Вероника Николаевна

учитель биологии МБОУ СОШ № 144

 

 

Красноярск 2013

АННОТАЦИЯ

Биохимические и морфологические изменения у березы бородавчатой

под влиянием воздушного загрязнения

Автор: Черненко Маргарита,  г. Красноярск, МБОУ СОШ № 144

Руководитель: Жданова Вероника Николаевна,   учитель биологии МБОУ СОШ № 144

 

Цель научной работы: исследовать биохимические и морфологические изменения у березы под влиянием загрязнения атмосферы города Красноярска  промышленными предприятиями.Методы проведенных исследований: гербаризация листовых пластинок; метрические измерения морфологических параметров листовых пластинок, математический подсчет соотношения длины и ширины листовой пластинки;    приготовление и химический анализ спиртовой вытяжки хлорофилла; статистическая обработка результатов. Основные результаты научного исследования: в промышленной зоне города Красноярска содержание хлорофилла в тканях листа березы на  35 % меньше; произошла деформация листовой пластинки березы  - лист стал более «узким и длинным»; увеличилась общая площадь листовой пластинки  на 3,3%. Вывод: у растения - березы, произрастающей в разных по воздушному загрязнению районах, произошли изменения биохимических и морфологических  характеристик, что подтверждает влияние загрязнения атмосферного воздуха на рост и развитие растений.

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ…………………………………………………………………2

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………4

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Влияние атмосферных загрязнений на растения……………………… 6

1.2. Описание объекта исследования………………………………………..13

ГЛАВА II. РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………….14

ГЛАВА III. СХЕМА, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Схема исследования……………………………………………………..17

3.2. Методика исследования…………………………………………………17

3.3. Результаты исследования……………………………………………….19

3.3.1. Содержание хлорофилла в листьях…………………………………..19

3.3.2. Измерение морфологических характеристик листовой пластинки..20

3.3.3. Измерение площади листовых пластинок……………………………23

ВЫВОДЫ……………………………………………………………………...24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….24

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………25

 

ВВЕДЕНИЕ

Проблема загрязнения атмосферного воздуха – одна из наиболее острых экологических проблем  города Красноярска и его окрестностей, а именно здесь проживает около 1 млн жителей. Загрязнение атмосферы в городе и его окрестностях является результатом высокой концентрации различных производств и большого числа передвижных источников (включая автомобильный транспорт). В первую очередь, отрицательное воздействие воздушного загрязнения сказывается на листьях растений, так как растения в черте города являются настоящими «пылесосами». Они улавливают пыль,  выхлопные газы и газы промышленных предприятий,  что качественно отражается на их росте и развитии (литературный источник автора Е.А. Криксунов). Это проявляется в  уменьшение морфологических характеристик листа, деформации листовой пластинки, концентрации хлорофилла.

Объектом   исследования является: береза бородавчатая или повислая (Betula pendula), произрастающая в исследуемых районах (промышленная зона города Красноярска и загородная зона Красноярска-контроль).

Предмет исследования: изменение длины и ширины листовой пластинки, размеров черешка, площади листовой пластинки и содержания хлорофилла     у берез, произрастающих в разных по воздушному загрязнению районах.

Цель работы: выявление изменений  биохимических и морфологических     у березы под влиянием загрязнения атмосферы города Красноярска и его окрестностей промышленными предприятиями.

Задачи:

1.Проанализировать необходимую научную литературу

2.Провести химический анализ содержания хлорофилла в тканях листьев березы в районе городского промышленного предприятия и на расстоянии от города

3.Провести метрическое измерение и сравнение морфологических характеристик листовых пластинок березы в районе городского промышленного предприятия и на расстоянии от города

Гипотеза: у растения березы,  произрастающей в разных по воздушному загрязнению местах, будут выявлены биохимические и морфологические изменения, что подтвердит влияние загрязнения атмосферного воздуха на рост и развитие растений.

Исследования в данном направлении проводились школьниками Открытого эколого-биологического центра «Фламинго» в 2012 году: были исследованы образцы смывов с листовых пластинок на светопроницаемость.

Исследовательская работа имеет практическое значение для школьников, стремящихся овладеть методами научного поиска, жителей города, учителей биологии и экологии, как практическое руководство по овладению методами биологического мониторинга.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Схема исследований

Выбор темы
Анализ научной литературы
Выбор методов исследования
Гербари- зация листовых пластинок	Метрические измерения морфоло- гических параметров листовых пластинок (длина, ширина, размер черешка)	Матема- тический подсчета соотношения длины и ширины листовых пластинок	Определение площади листовой пластины (использование компьютерной программы)	Приготов- ление и химический анализ спиртовой вытяжки хлорофилла	Статис-тическая обработка результатов
Оформление полученных результатов работы
Формулировка выводов

Методика  исследования

1. Проанализировали литературные и интернет источники по тематике исследования и подобрали методы исследования.(2-4, 11)

2. Нами были собраны листья березы на двух исследуемых участках: 1. северо-восточная окраина города Красноярска, за аллюминиевым заводом, ТЭЦ-3, в непосредственной близости (около 500 метров) с промышленным предприятием (асфальтовый завод). Рядом (100 метров) оживленная автострада. 2.   Контрольный участок в 50 км за городом Красноярском около дачного товарищества. Листовые пластинки собраны на одинаковой высоте от земли – 120 см. Часть образцов загербаризирована и пронумерована, а часть оставлена в «сыром виде» для приготовления спиртовой вытяжки (5).

3. Приготовление спиртовой вытяжки хлорофилла из листовых пластинок березы (рис. 3) согласно методике описанной в «Практикуме по физиологии растений» под ред. В.Б. Иванова.

 

 

Рис. 3  Приготовление спиртовой вытяжки.

 

4. Проведение химического анализа полученной спиртовой вытяжки с использованием Спектрофотометра 2000 (СФ-2000) в исследовательской лаборатории отдела физико-химической биологии и БТ древесных растений института леса и древесины им В. Н. Сукачева СОРАН под руководством аспиранта  Дейч Ксении Олеговны.

5. Провели метрические измерение морфологических характеристик 180 листовых пластинок березы (длины, ширины, размера черешка) линейкой (Приложение 4-9). Методика измерения взята из учебно-методического пособия «Школьный экологический мониторинг» авт. Т.Я. Ашихмина. Измеряемые образцы взяты с двух площадок: около асфальтового завода (90 штук) и на участке за городом (90 штук).

6. Методом математического подсчета выявили соотношение длинны и ширины 180 листовых пластинок  березы, взятых около асфальтового завода и на участке за городом. Определили коэффициент соотношения (Приложение 4-9) длины и ширины листовых пластинок по формуле:

К⁰ = L / h,

где К⁰ – коэффициент соотношения длины и ширины листовых пластинок; L – длина листовой пластинки; h – ширина листовой пластинки. (5)

9. Измерили площадь листовых пластинок березы (60 штук), взятых около асфальтового завода и на участке за городом (Приложение 10). При измерении площади пластинок использовали компьютерную программу WCIF ImageJ.

10. Данные обработали, построили таблицы и диаграммы.

 

Результаты исследования

Исследования проводились сентябрь 2012 – январь 2013 года

Всего было собрано, загербаризировано и изучены морфологические параметры 180 листовых пластинок.

Измерена площадь 60 листовых пластинок.

Приготовлено 6  образцов спиртовой вытяжки.

Результаты представлены в таблицах и на диаграммах.

 

 

3.3.1. Содержание хлорофилла в листьях

 

 

Рис.4 Содержание хлорофилла в тканях листьев березы в промышленной  зоне города Красноярска и за городом

 

При сравнении результатов содержания хлорофилла в тканях листа березы выяснили, что уровень хлорофилла в промышленной зоне города Красноярска снизился в среднем на 35% по сравнению с исследуемым участком за городом.

 

3.3.2. Измерение морфологических характеристик листовой пластинки (длина и ширина листа, размер черешка, соотношение длины и ширины листа)

 

             

 

Рис. 5 Диаграмма соотношения длины листа и черешка, ширины листа, К⁰ березы 100  метров от завода и экологической чистой зоны.

 

Рис.6  Диаграмма соотношения длины листа и черешка, ширины листа, К⁰ березы 170 метров от завода и экологической чистой зоны.

 

  

Рис. 7  Диаграмма соотношения длины листа и черешка, ширины листа, К⁰ березы 200 метров от завода и экологической чистой зоны.

 

После анализа показателей можно увидеть изменение морфологических характеристик листовой пластинки березы бородавчатой:

- в среднем длина листа в промышленной зоне города Красноярска больше чем за городом на 2 см, что составляет 34%;

- ширина листовой пластинки в промышленной зоне города Красноярска также увеличилась, но не значительно – на 0,3 см, что составляет 7%;

- длина черешка листа березы в промышленной зоне Красноярска наоборот уменьшилась на 0,2 см, что составляет 10%.

При изучении соотношений длины и ширины листовой пластинки (К^о) также выявлены изменения: К^о увеличился у деревьев в промышленной зоне города Красноярска на 0,4. что составляет 25%.

Обобщая результаты, можно сказать, что лист в промышленной зоне Красноярска стал более «узким и  длинным», а черешок листа «уменьшился».

 

Рис. 8 Изменение морфологических характеристик листовой пластины (длины, ширины листа, размеров черешка и соотношений длины и ширины листа – К^о) березы в промышленной зоне города Красноярска

 

Рис.9  Изменение морфологических характеристик листовой пластины (длины, ширины листа, размеров черешка и соотношений длины и ширины листа – К^о) березы за городом Красноярском

 

Если рассмотреть результаты изменения морфологических характеристик листовой пластинки только в промышленной зоне города Красноярска, но по мере удаления от источника загрязнений (промышленного предприятия и автомагистрали) то видно: чем дальше – длина листа увеличивается на 3 см, что составляет 32%. Скорее всего это связано с тем, что промышленные выбросы не оседают рядом с предприятием, а относятся ветром на расстояние.

 Такая же ситуация складывается с размерами черешка: длина черешка увеличивается (по мете удаления от источников загрязнения) на 0,4 см, что составляет  33% (и приближается к показателям исследуемого района за городом).

При изучении соотношений длины и ширины листовой пластинки (К^о) по мере удаления от источников загрязнения в промышленной зоне города Красноярска выявлено увеличение на 0,5, что составляет 36 %.

А вот морфологические показатели листовой пластинки за городом (длина и ширина листа, размеры черешка, К^о) не отличаются по мере удаления от жилья.

                3.3.3. Измерение площади листовой пластинки

 

 

Рис.10 Площадь листовой пластинки березы за городской чертой и в промышленной зоне города Красноярска 

 

При сравнении средних показателей площадей листовых пластинок выяснили, что она увеличилась в среднем на 3,904, что составляет 3,3% - в промышленной зоне города Красноярска в сравнении с исследуемым участком за городом.

ВЫВОДЫ

1. Содержание хлорофилла в тканях листа березы в промышленной зоне города Красноярска на 35 % меньше, чем за городом.

2. Произошла деформация листовой пластинки березы в промышленной зоне - лист стал более «узким и длинным».

3. Увеличилась общая площадь листовой пластинки в промышленной зоне города Красноярска на 3,3%.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе исследований мы пришли к заключению - наша гипотеза подтвердилась: у растения березы, произрастающей в разных по воздушному загрязнению местах, произошли изменения биохимических и морфологических  характеристик, что подтверждает влияние загрязнения атмосферного воздуха на рост и развитие растений.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев С.В. Экология: Учебное пособие для учащихся 10-11 классов. СПб: СМИО Пресс, 2000.

2. Криксунов Е.А. и др. Экология: 9 класс: Учеб. Для общеобразовательных учеб. заведений.- М: Дрофа, 1995.

3. Зверев А.Т., Зверева Е.Г. Экология: учебник для 7-9 классов общеобраз. школ.- М.: Дом педагогики, 1999.

4. Чернова Н.М. Экология. 10 (11) Кл.: учеб. Для общеобразов. учрежд. – М.: Дрофа, 2007.Алексеев С.В. и др.

5. Экологический практикум школьника: Учебное пособие для учащихся.- Самара: Корпорация «Федоров», Издательство «Учебная литература», 2005.

6. Красинский Н.П. Теоретические основы построения ассортиментов газоустойчивых растений, М, 1950.

7. Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда.. М. 1974.

8. Культиасов И.М. Экология растений. М.. Изд-во МГУ, 1982.

9. Рубин Б.А. Курс физиологии растений. М. Высшая школа, 1976, стр 157-167.

10. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907.

11. Иванов В.Б. и др. Практикум по физиологии растений: Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений.- 2-е издание испр.-М.Издательство «Академия, 2004.

11. Лазарева Э.А., Портнов А.Н., Маркелов В.Л., Халилов Г.Х., Черенщиков А.Г. ВЛИЯНИЕ ВЫБРОСОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И АВТОТРАНСПОРТА НА РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 10 – С. 97-98 URL: www.rae.ru/snt/?section=content&op=show_article&article_id=4442.

ПРИЛОЖЕНИЕ

 

 

 

                                  Район исследований (фото из космоса)

 

 

 

                                 Район Исследований (схема)

Биохимические и морфологические изменения у березы бородавчатой под влиянием воздушного загрязнения

 

Автор:

Черненеко Маргарита

10 «В» класс МБОУ СОШ № 144

Руководитель:

Жданова

Вероника Николаевна

учитель биологии МБОУ СОШ № 144

 

 

Красноярск 2013

АННОТАЦИЯ

Биохимические и морфологические изменения у березы бородавчатой

под влиянием воздушного загрязнения

Автор: Черненко Маргарита,  г. Красноярск, МБОУ СОШ № 144

Руководитель: Жданова Вероника Николаевна,   учитель биологии МБОУ СОШ № 144

 

Цель научной работы: исследовать биохимические и морфологические изменения у березы под влиянием загрязнения атмосферы города Красноярска  промышленными предприятиями.Методы проведенных исследований: гербаризация листовых пластинок; метрические измерения морфологических параметров листовых пластинок, математический подсчет соотношения длины и ширины листовой пластинки;    приготовление и химический анализ спиртовой вытяжки хлорофилла; статистическая обработка результатов. Основные результаты научного исследования: в промышленной зоне города Красноярска содержание хлорофилла в тканях листа березы на  35 % меньше; произошла деформация листовой пластинки березы  - лист стал более «узким и длинным»; увеличилась общая площадь листовой пластинки  на 3,3%. Вывод: у растения - березы, произрастающей в разных по воздушному загрязнению районах, произошли изменения биохимических и морфологических  характеристик, что подтверждает влияние загрязнения атмосферного воздуха на рост и развитие растений.

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ…………………………………………………………………2

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………4

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Влияние атмосферных загрязнений на растения……………………… 6

1.2. Описание объекта исследования………………………………………..13

ГЛАВА II. РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………….14

ГЛАВА III. СХЕМА, МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1. Схема исследования……………………………………………………..17

3.2. Методика исследования…………………………………………………17

3.3. Результаты исследования……………………………………………….19

3.3.1. Содержание хлорофилла в листьях…………………………………..19

3.3.2. Измерение морфологических характеристик листовой пластинки..20

3.3.3. Измерение площади листовых пластинок……………………………23

ВЫВОДЫ……………………………………………………………………...24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………….24

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………25

 

ВВЕДЕНИЕ

Проблема загрязнения атмосферного воздуха – одна из наиболее острых экологических проблем  города Красноярска и его окрестностей, а именно здесь проживает около 1 млн жителей. Загрязнение атмосферы в городе и его окрестностях является результатом высокой концентрации различных производств и большого числа передвижных источников (включая автомобильный транспорт). В первую очередь, отрицательное воздействие воздушного загрязнения сказывается на листьях растений, так как растения в черте города являются настоящими «пылесосами». Они улавливают пыль,  выхлопные газы и газы промышленных предприятий,  что качественно отражается на их росте и развитии (литературный источник автора Е.А. Криксунов). Это проявляется в  уменьшение морфологических характеристик листа, деформации листовой пластинки, концентрации хлорофилла.

Объектом   исследования является: береза бородавчатая или повислая (Betula pendula), произрастающая в исследуемых районах (промышленная зона города Красноярска и загородная зона Красноярска-контроль).

Предмет исследования: изменение длины и ширины листовой пластинки, размеров черешка, площади листовой пластинки и содержания хлорофилла     у берез, произрастающих в разных по воздушному загрязнению районах.

Цель работы: выявление изменений  биохимических и морфологических     у березы под влиянием загрязнения атмосферы города Красноярска и его окрестностей промышленными предприятиями.

Задачи:

1.Проанализировать необходимую научную литературу

2.Провести химический анализ содержания хлорофилла в тканях листьев березы в районе городского промышленного предприятия и на расстоянии от города

3.Провести метрическое измерение и сравнение морфологических характеристик листовых пластинок березы в районе городского промышленного предприятия и на расстоянии от города

Гипотеза: у растения березы,  произрастающей в разных по воздушному загрязнению местах, будут выявлены биохимические и морфологические изменения, что подтвердит влияние загрязнения атмосферного воздуха на рост и развитие растений.

Исследования в данном направлении проводились школьниками Открытого эколого-биологического центра «Фламинго» в 2012 году: были исследованы образцы смывов с листовых пластинок на светопроницаемость.

Исследовательская работа имеет практическое значение для школьников, стремящихся овладеть методами научного поиска, жителей города, учителей биологии и экологии, как практическое руководство по овладению методами биологического мониторинга.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ