"Светик, пушистое солнышко"

Учитель

В настоящее время в связи со сложной экологической обстановкой в городе необходимо знать степень загрязнения почв и это является актуальностью нашего мероприятия.

Задачи:

1. произвести анализ модификационной изменчивости растений;
2. определить факторы в развитии мощности растений;
3. определить норму реакции одуванчика лекарственного;
4. собрать растения для изготовления гербариев и лечебных препаратов согласно правилам сбора лекарственных растений.

Цели данной работы:

1. построить модификационную кривую согласно полученных результатов;
2. выявить фенотипические признаки изучаемого растения;
3. определить частоту произрастания одуванчиков в городе на исследуемых площадках.

Методы исследования:

1. сбор природного материала для анализа и изготовления гербариев и лекарственных препаратов;
2. наблюдения за растениями на выбранных площадках;
3. анализ почв и светового режима на развитие растений;
4. прогнозирование полученных результатов.

Новизной нашей работы является то, что мы впервые попытались доказать, что в нашем городе неплохая экологическая обстановка, т.к. одуванчик распространен повсеместно.

Ученик

Общая характеристика одуванчика

Одуванчик относится к роду многолетних растений семейства сложноцветных (по новой систематике - астровых). Это розеточное растение со стержневой корневой системой. У розеточных растений листья сильно сближены из-за недоразвития междоузлий, поэтому более старые листья находятся ближе к поверхности почвы, а более молодые – сверху. Соцветие – одиночная корзинка, плод – семянка.

Род - одуванчик сложный. Считается, что в роде около 70 крупных и несколько тысяч мелких видов. В России насчитывается около 200 видов этих дикорастущих травянистых растений. Родиной одуванчика считается Малая Азия, Центральная Азия и Кавказ. Одуванчики обитают в холодном умеренном и субтропическом поясах. Растут они на лугах, каменистых и травянистых склонах, на галечниках. Широко распространены и в больших городах, где в условиях сильной антропогенной нагрузки произрастает ограниченное количество видов дикорастущих травянистых растений.

В средней полосе России распространен в основном один вид – одуванчик лекарственный. Это растение имеет розетку простых изрезанных или рассеченных листьев и безлистный цветоносный стебель с единственной корзинкой. Обертка корзинки состоит из двух рядов листочков, наружные отклонены в сторону или отогнуты вниз. Все цветки язычковые, желтые, плоды – цилиндрические или веретеновидные семянки размером 3-4 мм, бороздчатые с длинным носиком и хохолком. Все части растения содержат млечный сок. Одуванчик лекарственный может жить более 10 лет, однако, его средний возраст 1-2 года.

Одуванчик – светолюбивое и влаголюбивое растение. Оно плохо переносит засуху, но устойчиво к вытаптыванию благодаря тому, что его розетка может быть частично погружена в почву. С давних времен одуванчик используют как лекарственное растение, кроме того, он прекрасный медонос.

Одуванчик – одно из самых ранних весенних растений. В его зелени содержится витамин С (до 55 мг %) и каратиноиды (до 6,1 мг %), а также витамины В1 ,В2 ,никотиновая кислота, органические кислоты, микроэлементы. Корни содержат инулин (до 40%) , каучук (3 %), сахара, жирное масло, белки, соли кальция и калия. Все части растения имеют горький вкус, что объясняется наличием гликозида тараксацина.

Во Франции, Англии, Италии одуванчик культивируют как овощное растение на салат, а также применяют в качестве заменителя кофе и цикория. В тоже время в больших количествах он ядовит для ягнят и может вызвать болезнь почек у кроликов.

Интересны особенности одуванчика, связанные с размножением. Это бисексуальное растение: каждый язычковый цветок имеет пестик и тычинки, причем тычинки срастаются пыльниками со столбиком пестика.

Но, несмотря на имеющиеся для полового размножения все структуры, оплодотворения часто не происходит. Подобное явление связано с нарушением мейоза при образовании мегаспор в семязачатке пестика. Обычно мейоз начинается нормально. В профазе первого мейотического деления из хроматина возникают нитевидные хромосомы. Однако гомологичные хромосомы не находят друг друга и не сливаются с образованием бивалентов, отсутствием кроссинговер, не образуется правильная метафазная пластинка, деления ядра не происходит. Иначе говоря, первое мейотическое деление как бы отсутствует. Второе деление мейоза протекает нормально. Хроматиды каждой хромосомы расходятся к противоположным полюсам, в результате образуются клетки с диплоидным набором хромосом. Они дадут начало зародышевому мешку, яйцеклетка в котором будет диплоидна, и развитие зародыша практически пройдет по типу партеногенеза. Считается, что чем дальше на север продвигается одуванчик лекарственный, тем чаще образование зародышевого мешка происходит таким образом.

Описан хромосомный набор одуванчика лекарственного, его кариотип. Оказалось, что разные авторы находят различное число хромосом у этого вида – от 8 до 37. Возможно, диплоидный набор хромосом равен 8 , а кратные количества хромосом – 16, 24, 32 – встречаются у полиплоидов. Кроме того, в кариотипе могут присутствовать и добавочные хромосомы (под световым микроскопом видны в форме небольших точек). Их роль во многом остается загадочной.

Учитель

Модификационная изменчивость

Анализ модификационной изменчивости, особенно количественный в виде модификационных кривых, имеет большое значение для понимания эволюционной теории. Изучение размера цветка одуванчика мы осуществляли во дворе училища.

В норме размер цветка одуванчика составляет 20-30 мм в диаметре, но в зависимости от условий произрастания может изменяться от 15 до 50 мм

Ученик

Определяющие факторы в развитии мощности растения — освещенность, влажность и характер почвы. Для сравнения размеров цветков в двух популяция одуванчиков, произрастающих в разных условиях, но имеющих примерно одинаковый генофонд, выбрали две лужайки одуванчиков, которые удалены друг от друга не более чем на 0,5 км. На такое расстояние свободно распространяются ветром семена одуванчика, следовательно, популяции не изолированы. Лужайки отличались по условиям произрастания. Одна находилась в освещенном месте во дворе, другая рядом со спортивной площадкой — освещенность та же, но почва плотная, утрамбованная. На 30 растениях учащиеся линейкой измеряли диаметр цветков одуванчика с точностью до 1 мм (естественно, цветки не срывали). Для каждой лужайки получаем свой ряд измерений, например 25, 18. 20, 33, 29, 26, 27,24, 25. 22, 26, 35,27, 28, 21, 30, 26, 34, 35, 29, 31, 23,32, 28, 29, 30, 31, 32, 40, 28 (мм). Всего измерено 30 цветков.

Чтобы построить кривую, нужно, по крайней мере, пять точек. Для этого разобьем наш ряд цифр на пять классов. В каждом классе объединяются близкие по значению величины. Самое маленькое значение в ряду равно 18, самое большое — 40. Это пределы модификационной изменчивости диаметра цветков одуванчика на данной лужайке. Размах изменчивости, или норма реакции — 22 мм (40 —18).

Норма реакции — это то, что наследуется одуванчиками данной популяции. Размер цветка изменяется не бесконечно, а в строго определенных пределах — от 18 до 40 мм.

Величину 22 мм разбили на пять интервалов, т.е. определим цену каждого из пяти классов: 22/5=4,5 (мм). Округляем в большую сторону до целого числа — цена каждого класса составит 5 мм. Разбили интервал 22 мм на пять классов, начиная с самого маленького числа — 18 мм. Размах каждого класса 5 мм. Первый класс составят величины 18, 19, 20, 21, 22 (мм). Во второй класс по такому же принципу войдут величины от 23 до 27 мм. Третий класс начинается с 28. Он объединяет значения от 28 до 32. Четвертый класс — с 33 и заканчивается 37. Пятый — с 38, в него войдут диаметры цветков 38, 39, 40 (мм). Больших значений в последнем ряду нет, следовательно, этот класс неполный.

Для построения модификационной кривой заполнили таблицу. Среднее значение каждого класса находим как среднее арифметическое.

Для первого класса (18 + 22): 2 = 20 (мм). Количество растений в соответствующем классе подсчитываем, пользуясь тем рядом измерений, для которого строим модификационную кривую. Так, в первый класс входят цветки, диаметр которых изменяется от 18 до 22 мм. В нашем ряду значения 18, 20, 22, 21, 20.

Количество растений с такими цветками равно 5.

Учитель

Заполнив таблицу, построили модификационную кривую. По горизонтальной оси отложим средние значения классов, по вертикальной – количество растений в соответствующем классе. Точки кривой соединим плавной линией.

Рассмотрим полученную кривую. Максимальное значение кривой примерно должно соответствовать среднему диаметру цветков в изучаемой популяции – 30 мм. Таким образом, средний диаметр цветков одуванчика на солнечной лужайке составляет около 30 мм.

Теперь обратим внимание на форму модификационной кривой. Она может быть узкая, с хорошо выраженной вершиной, как наша кривая. А может быть широкая и пологая или смещенная в одну сторону.

Форма модификационной кривой показывает состояние изучаемого объекта в природной популяции. Если кривая узкая и высокая, значит, большое количество растений имеет цветки, размер которых близок к среднему. В нашем примере это цветки диаметром от 23 до 32 мм – 8 +12 = 20 (см. рис.).

Двадцать растений из тридцати проанализированных имеют цветки размером, близким к среднему. Значительно меньшее количество растений (10) сформировали цветки намного меньшего или большего диаметра. Таким образом, на солнечной лужайке по размеру цветков популяция одуванчиков достаточно однородна.

Такая форма кривой характерна для популяций, хорошо приспособившихся к месту обитания, где отсутствует давление естественного отбора. Стоит только измениться условиям обитания, изменится и форма модификационной кривой. Построим модификационную кривую для диаметра цветков одуванчика, выросших на вытоптанной площадке с хорошим освещением, кривая получалась более пологая и широкая, а среднее значение сместилось к меньшим величинам. Форма пологой кривой показывает, что значительная часть растений имеет диаметр цветка больше или меньше среднего, т.е. популяция по размеру цветков неоднородна – гетерогенна.

Учитель

Выявление фенотипических признаков

Мы изучали фенотипические признаки в природных популяциях одуванчика на примере листовой пластинки. В одной и той же популяции можно обнаружить одуванчики с разной формой листовой пластинки: округлой, лопастной или изрезанной (глубина надрезов достигает 2/3 полуширины листовой пластинки), и рассеченной, когда расчленение лопастей достигает главной жилки. Часто лопасти рассеченной пластинки имеют треугольную форму.

Большой изменчивости подвержены и другие параметры листовой пластинки одуванчика. Так, верхушка может быть притупленная или заостренная, а край листовой пластинки зубчатый или в форме выемки. Форма листовой пластинки в целом, ее верхушки и края – все это генетически обусловленные признаки.

В настоящее время до конца не изучено, по каким генетическим законам наследуются параметры листовой пластинки у одуванчиков. Это может быть простое моногенное наследование по Менделю, неполное доминирование, сложное взаимодействие генов или просто модификационная изменчивость. Сейчас известно, что у одуванчика форма листовой пластинки в значительной степени подвержена модификационной изменчивости. Она может изменяться под действием освещенности и с возрастом растения.

Ученик

Изменение условий выживания приводит к разнообразию в проявлении фенотипических признаков, прежде всего благодаря модификационной изменчивости. Каждая особь может варьировать признаком в строго определенных пределах. Если измененные условия сохраняются на протяжении значительной череды поколений, то естественный отбор как вектор, помогающий выжить наиболее приспособленным, изменит генетическую структуру данной популяции. Широкая и пологая кривая со временем может преобразиться, на пример: в более узкую с другим средним значением диаметра цветка. Такой отбор будет стабилизирующим.

Диаметр цветков одуванчика не единственный параметр, который можно использовать для характеристики популяций. Наглядный показатель жизнеспособности растений – количество листьев в розетке. Обычно цветущие одно-двулетние особи имеют 5-10 листьев в розетке. Однако встречаются растения, имеющие всего 2-3 листа, а также массивные розетки многолетних одуванчиков, в которых 30-40 листьев. В тех местах, где одуванчик – доминирующий вид по отношению к другим видам растений, среднее число листьев в розетке составляет 5-10. Если одуванчик вытесняется другими видами растений, то в популяции начинают преобладать особи с небольшим числом листьев в розетке. Например: во дворах, на пришкольном участке, опушке леса, возле дорог могут встречаться особи с различным количеством листьев, в том числе и гигантские многолетние растения. На лугу с высоким травостоем, где преобладают злаковые, среднее количество листьев в розетке не будет превышать трех, а особей с большим количеством листьев не будет совсем.

На лугу с высоким травостоем естественный отбор направлен против одуванчика. В итоге это приведет к тому, что одуванчик вытиснится из данной экологической ниши. Какие факторы в таком случае влияют на жизнеспособность одуванчика? Прежде всего освещенность: одуванчик – светолюбивое растение, в высоком травостое оно не получает достаточного количества света. Кроме того, у злаков, преобладающих на лугу, мочковатая корневая система, их корни, разрастаясь, создают своеобразную структуру в верхних слоях почвы, напоминающую войлок, что отрицательно сказывается на развитии корневой системы одуванчиков.

Наконец у одуванчиков есть враги среди злаков. Развитие одуванчиков подавляет, частности овсяница луговая.

Учитель

В результате проделанной исследовательской работы был дан анализ модификационной изменчивости одуванчика лекарственного, построены модификационные кривые, выявлены фенотипические признаки растения. Одуванчик широко распространен в нашем городе и это говорит о неплохой экологической обстановке в нашей местности. Пользуясь правилами сбора пищевых растений, были отобраны лучшие экземпляры для изготовления гербариев и лекарственных препаратов. Одуванчик - раннее весеннее растение, поэтому нами были разработаны рецепты весенних салатов, содержащих большое количество витаминов, которые необходимы для организма человека.

Из всего вышеизложенного мы можем сделать следующий вывод: цели, поставленные в нашей работе, достигнуты, задачи – решены.

Наша работа нацелена на перспективу определения экологической обстановки около промышленных предприятий города.

Он увидел утром деву,
Деву с гибким, стройным станом,
Одинокую в равнинах.
Был на ней наряд зеленый,
И как солнце были косы.

К милой он пойти все медлил,
Он сидел, вздыхая страстно,
И все только любовался
Златокудрой девой прерий.

Наконец однажды утром
Увидал он, что поблекли
Кудри русые у милой –
Словно первый снег белеют.

И наполнился весь воздух,
Словно снегом, белым пухом:
Погубили вздохи ветра
Деву с русыми кудрями.

Г. Лонгфелло

Литература

1. Артамонов В. Одуванчик – спутник человека. // Наука и жизнь. – 1995. – №5.
2. Ермакова И. М. Одуванчик лекарственный. // Биологическая флора Московской области. – М.: Издательство МГУ, вып. 8, 1990.
3. Мошкович А. М. Добавочные хромосомы покрытосеменных растений. – Кишинев: Штиинца, 1979.
4. Петров Д. Ф. Генетические основы апомиксиса. – Новосибирск: Наука, 1979.
5. Рейвн П., Эверт Р., Айкхорн С. Современная ботаника. – М.: Мир, 1990.
6. Жоголев Д. Т. Дикорастущие растения и грибы в медицине и кулинарии. – М.: Военное издательство, 1994.