3. Определение величины флуктуирующей асимметрии
Стабильность развития как способность организма к развитию без нарушений и ошибок является чувствительным индикатором состояния природных популяций. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии морфологических признаков. Этот подход достаточно прост с точки зрения сбора, хранения и обработки материала.
Растения – крайне важный и интересный объект для характеристики состояния окружающей природной среды.
Важность оценки состояния природных популяций растений состоит в том, что именно растения являются основными продуцентами, их роль в экосистемах трудно переоценить. Растения – чувствительный объект, позволяющий оценивать весь комплекс воздействий, характерный для данной территории в целом, поскольку они ассимилируют вещества и подвержены прямому воздействию одновременно из двух сред: почвы и воздуха. В связи с тем, что растения ведут прикрепленный образ жизни, состояние их организма отражает состояние конкретного локального местообитания. Удобство использования растений состоит в доступности и простоте сбора материала для исследования.
Каждая выборка должна включать в себя 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Листья с одного растения лучше хранить отдельно, для того, чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой особи. Все листья, собранные для одной выборки, сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку с указанием номера выборки, места сбора (делая максимально подробную привязку к местности), даты сбора.
Для исследований рекомендуют выбирать растения, достигшие генеративного возрастного состояния, использовать лист, как орган, обладающий билатеральной симметрией. Листья рекомендуют собирать из одной и той же части кроны с разных сторон растения. Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Поврежденные листья могут быть использованы для анализа, если не затронуты участки, с которых будут сниматься измерения.
Никакой специальной обработки и подготовки материала не требуется. Материал может быть обработан сразу после сбора или позднее. Для непродолжительного хранения собранны материал можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника. Для длительного хранения можно зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать.
В качестве наиболее простой системы признаков, удобной для получения большого объема данных, предлагается система промеров листа у растений с билатерально симметричными листьями.
В качестве примера можно указать систему признаков, разработанную для березы. Для измерения лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа.
Промеры листа:
1 – ширина половинки листа (измерение проводят посередине листовой пластинки);
2 – длина второй от основания листа жилки второго порядка;
3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;
4 – расстояние между концами этих жилок;
5 – угол между главной жилкой и второй от основания листа жилкой второго порядка.
Для измерений потребуются измерительный циркуль, линейка и транспортир.
Далее рассматривается случай оценки стабильности развития березы. В таблицах 2 и 3 дан пример расчета средней относительной величины асимметрии на признак для 5 промеров листа у 10 растений.
Источник
Флуктуирующая асимметрия древесных и травянистых форм растений как тест-система оценки качества среды.
Для целей биомониторинга могут использоваться только те виды живых организмов, которые отвечают требованиям, применяемым к биоиндикаторам. Наиболее удобными для целей биоиндикации являются следующие виды растений: травянистые – сныть обыкновенная (Aegopodium podagraria); мать-и-мачеха обыкновенная (Tussilago farfara); древесные: тополь бальзамический (Populus balsamifera); клен остролистный (Acer platanoides) и ясенелистный (Acer negundo); береза бородавчатая (Betula pendula); водные – рдест пронзеннолистный (Potamogeton perfoliatus); рдест блестящий (Potamogeton lusens); рдест плавающий (Potamogeton natans).
Все перечисленные растения имеют четко выраженную двустороннюю симметрию, что является главным требованием метода. Кроме указанных растений часто для биомониторинга стабильности развития используют: подорожник большой (Plantago major) как наиболее пластичный вид травянистых растений; клевер гибридный (Trifolium hybridum) и ползучий (Trifolium repens) как луговые виды; ячмень (Hordeum sp.), овес (Avenna sp.) и пшеницу (Triticum sp.) как сельскохозяйственные культуры для оценки состояния агроценозов.
Береза бородавчатая (повислая) Betula pendula и близкий к ней вид береза пушистая В. alba способны скрещиваться между собой, образуя межвидовые гибриды, которые обладают признаками обоих видов. Во избежание ошибок следует выбирать деревья с четко выраженными признаками одного вида.
Принцип методаоснован на выявлении нарушений симметрии развития листовой пластины древесных и травянистых форм растений под действием антропогенных факторов.
Сбор материала. Для сбора материала в полевых условиях необходимы карандаш, блокнот, компас, курвиметр или линейка, атласы-определители высших растений; пакеты для сбора листьев.
Начинать сбор материала необходимо после завершения интенсивного роста листьев. В средней полосе России это соответствует концу мая — началу июня. Выборку листьев древесных растений необходимо делать с нескольких близко растущих деревьев на площади 10 × 10 м или на аллее длиной 30–40 м, в исключительных случаях с 2–3 растений. Выборка листьев травянистых растений делается с нескольких экземпляров на площади 1 м 2 . Используются только средневозрастные растения, исключая молодые и старые. Всего надо собрать не менее 25 листьев среднего размера с одного вида растения. Листья собирать из нижней части кроны, на уровне поднятой руки, с максимального количества доступных веток, направленных условно на север, запад, восток и юг. У березы использовать листья только с укороченных побегов. На каждой площадке исследуют максимальное количество видов (но не менее одного древесного и одного травянистого), однако конкретный объем выборки должен определяться на основе статистических методов.
Обработка материала. Обработку материала удобно проводить в лаборатории. Весь собранный материал должен быть снабжен точной информацией о месте сбора, наличии вблизи возможного загрязнения интенсивности движения транспорта, времени сбора и исполнителе. Хранить собранный материал можно не более недели на нижней полке холодильника.
Обработка заключается в измерении длин жилок на листьях справа и слева (рис. 1).
Рис. 1. Измерение длин жилок на листьях травянистых и древесных пород (объяснение см. в тексте)
На рис. 6 цифрами обозначены листья следующих деревьев: 1 – березы, измеряется первая жилка от основания листа; 2 тополя, первая жилка от основания листа; 3 – остролистного клена, средняя жилка боковых пластин справа и слева; 4 – мать-и-мачехи, вторая жилка от основания черешка; 5 – клена американского, первая жилка от основания черешка; 6 – сныти, первая жилка от основания черешка; 7 – клевера ползучего, первая жилка от основания черешка. Жилки измеряются курвиметром или линейкой с точностью до 1 мм. Интерес представляют не размеры жилок, а разница их длины справа и слева.
Существуют более детальные расчеты флуктуирующей асимметрии. С одного листа снимают показатели по пяти параметрам (рис. 2). Данные измерений заносят в табл. 1.1. Величину флуктуирующей асимметрии оценивают с помощью интегрального показателя – величины среднего относительного различия по признакам (среднее арифметическое отношение разности к сумме промеров листа справа и слева, отнесенное к числу признаков).
Рис. 2. Параметры промеров листьев для детального расчета:
1- ширина половинки листа (лист складывают пополам, потом разгибают и по образовавшейся складке проводят измерения); 2 – длина второй жилки от основания листа; 3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок: 4 – расстояние между концами этих жилок; 5 угол между главной и второй от основания жилками
Коэффициент флуктуирующей асимметрии определяют по формуле, предложенной В.М. Захаровым:
,
где – среднее различие между сторонами;
– различие значений признаков между левой (l) и правой (r) сторонами; n – число выборок.
Качественные признаки считают по проценту суммы асимметричных листьев:
,
где na – число асимметричных особей; nс – число симметричных листьев.
Показатель асимметрии указывает на наличие в среде обитания живых организмов негативного фактора. Это может быть химическое загрязнение, изменение температуры, обитание биологического объекта на краю ареала и др. Показатель откликается повышением на изменение фактора и стабилен при адаптации к имеющимся условиям. Таким образом, на основании периодического вычисления показателя можно проследить изменения условий обитания объекта. При балльной оценке используют таблицу соответствия баллов качества среды значениям коэффициентов асимметрии (табл. 1.2).
1. Получить у преподавателя задание на карточке.
2. В соответствии с рис. 1.1 измерить жилки листовой пластины березы. Занести данные по всем листьям в табл. 1.1. Провести статистическую обработку данных.
Результаты замеров листьев травянистых и древесных пород
| Дата | Исполнитель | ||||||||
| Место сбора | |||||||||
| № | Ширина половинок | Длина 2-й жилки | Расстояние между основаниями 1- и 2-й жилок | Расстояние между концами 1- и 2-й жилок | Угол между центральной и 2-й жилками | ||||
| л л | пр | л | пр | л | пр | л | пр | л | пр |
Примечание л – левая сторона; пр – правая сторона.
Балльная система качества среды обитания живых организмов по показателям флуктуирующей асимметрии высших растений
(по А. Б. Стрельцову, 2003)
| Виды | Балл | ||||
| Береза бородавчатая | 0,056-0,060 | 0,061-0,065 | 0,065-0,070 | >0,070 | |
| Все виды растений | 0,0019-0,0089 | 0,0090-0,022 | 0,022-0,04 | >0,04 |
3. В соответствии с рис. 1.2 измерить жилки листовой пластины березы по пяти параметрам. Занести данные по всем листьям в табл. 1.1. Провести статистическую обработку данных.
4. Провести экспресс-оценку загрязнения окружающей среды по результатам всех измерений. Сделать вывод о качестве среды обитания живых организмов в соответствии с табл. 1.2.
Баллы соответствуют следующим характеристикам среды обитания живых организмов: 1 – чисто; 2 – относительно чисто («норма»); 3 – загрязнено («тревога»); 4 – грязно («опасно»); 5 – очень грязно («вредно»).
Источник