Введение к работе
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 (э ком ониторинговом) 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 адагтгированности 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 сера L).
Научная новизна. Впервые изучена пластичность ведущих морфометрических параметров вегетативной сферы возрастных этапов Plantago
major L и Planiago 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 (Си, 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 сера 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 надаем ной части растения и
корневой системы на стадиях онтогенеза gi,g2. з- Биоиндикационная ценность
P. major L во всех отношениях выше, чем у P. media L Разногодичные
флюктуации вписываются в выявленные тенденции.
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
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 органгоации к разработке специальной системы регламенгационных 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; XXXV региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2004; Региональная научно-практическая конференция «Научно-исследовательская деятельность как фактор развития региона», Тобольск, 2005; XXXVI региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2005; Международная научно-практическая конференция «Экологические проблемы современности», Пенза, 2005; Всероссийская конференция «Менделеевские чтения», Тюмень, 2005; XXXVIII региональная научно-практическая конференция, Тобольск, 2007; XXXIX 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 приложениям и составляет 195 страниц.
