Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Описание объектов исследования фитонцидной активности
• 4. Экспериментальное исследования фитонцидной активности
• Выводы
• Список источников

Введение

Изменения, происходящие в биосфере, в том числе в результате техногенного воздействия человека, привели к нарушению экологии и, соответственно, ухудшению среды обитания людей. В результате урбанизации человек попал в глобальные техногенные среды загрязнения. В воздухе, которым мы дышим, содержатся: сероводород, диоксид азота, оксид углерода, диоксид серы, пыль и другие вредные для здоровья человека вещества [1]. По данным ВОЗ в мире более 1 млрд. человек проживает в крупных городах с загрязнением воздуха выше ПДК (предельно допустимых концентраций). Все больше людей страдает заболеваниями сердечно-сосудистой системы (прирост в последние годы – 25%); ежегодно число больных диабетом возрастает на 10%; снижается иммунитет у детей; падает рождаемость увеличивается смертность [1]. Если в ближайшее время не попытаться приостановить этот процесс, то здоровье настоящего и будущего поколений еще более усугубится.

Человек вступил в противоречие с природой и ему надо кардинально менять стратегию и тактику своего поведения на нашей планете в решении проблемы жизнеобеспечения. На смену пассивной «охраны природы» должны прийти принципиально новые активные фитотехнологии, обеспечивающие образование здоровой среды обитания в противовес средоразрушающим и средозагрязняющим технологиям.

1. Актуальность темы

При решении проблем по оздоровлению среды обитания человека огромная роль принадлежит растениям. Являясь основным компонентом биосферы, растения приобретают все большее значение в жизни общества как фактор окружающей нас среды, с помощью которого возможна её экологическая стабилизация и улучшение жизни людей на фоне возросших антропогенных нагрузок на природные комплексы.

Уровень загрязнения атмосферного воздуха промышленными, автотранспортными выбросами в Донецке значительно превышают допустимые санитарно-гигиенические нормы [1]. Полное отсутствие на стволах деревьев растительных биоиндикаторов загрязнения среды, которыми считаются лишайники, является тому доказательством. Единичные колонии лишайников начинают встречаться на стволах деревьев лишь на расстоянии 12 – 15 км от окраин города. Это позволяет считать городскую территорию Донецка своеобразной «экологической пустыней». К тому же в последние годы площади зеленых насаждений в городе не увеличиваются, а сокращаются.

По данным Управления Генерального плана г. Донецка в 1990 г. зелеными насаждениями было занято 18417,7 га или 32% общей территории города. На территории города были размещены 29 парков и 330 скверов. В среднем на одного жителя г. Донецка в 1990 г. приходилось 18 м² насаждений общего пользования при норме в 22 м². Проведенная в 2000 г. инвентаризация выявила значительное сокращение озелененных территорий общего пользования до 1575 га. На протяжении 2001-2005 гг. учет площади зеленых территорий города не проводился, однако сокращение рекреационных зон в городе продолжалось. По данным управления статистики Донецкого городского Совета в 2005 г. на одного жителя г. Донецка приходится 15,5 м², что ниже нормы на 6,5 м². Основная часть скверов и парков приходится на центральную часть города. Вследствие этого наименее озелененными остаются периферийные районы города, где значение показателя не превышает 11 м².

При озеленении города наибольшее внимание уделяется проблеме улучшения внешней привлекательности города. Увеличивается количество газонов, клумб, цветников, а объемы посадки деревьев сокращаются: в 2008 г. они составляли 29,472 тыс.шт., в 2010 – 11,963 тыс.шт., а в 2011 – 13,035 тыс.шт [1].

Дальнейшая неурегулированность проблем собственности на зеленые объекты города обусловит рост их бесконтрольного уничтожения. Недостаточное финансирование комплексных программ озеленения территории города и низкий уровень реализации мероприятий по его озеленению в условиях роста жилой и промышленной застройки, значительных антропогенных нагрузок на зеленые территории обусловит дальнейшее снижение площади озелененных территорий.

Зеленые насаждения уменьшают негативное воздействие антропогенных факторов. Они выполняют пылефильтрующую функцию, способны поглощать и обезвреживать газообразные выбросы, некоторые из них выделяют летучие биологически активные вещества – фитонциды, что значительно улучшает санитарно-гигиеническое состояние и качество жизни в условиях техногенной среды.

2.Цель и задачи исследования

Целью работы является анализ сезонной фитонцидной активности, относительно бактерии рода Bacillus subtilis, некоторых видов древесных растений в условиях техногенной среды на участках произрастания с разной антропогенной нагрузкой.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Теоретический анализ литературных источников по теме исследования, с целью изучения исследуемой проблемы, её разработанности и степени практического освоения;
2. Обзор существующих методов исследования фитонцидной активности, и подбор приемлемого метода для проведения эксперимента;
3. проведение лабораторных исследований фитонцидной активности некоторых видов древесных растений на протяжении почти трех лет (32 месяцев) по отношению к бактерии рода Bacillus subtilis в разные сезонные периоды;
4. Выявление изменений интенсивности выделения фитонцидных веществ в зависимости от участка произрастания древесных растений;
5. Осуществление анализа изменений интенсивности выделения фитонцидных веществ в разные сезонные периоды;
6. Осуществление сравнительного анализа по определению фитонцидной активности некоторых видов древесных растений проведенного в 2012-2013 г.г с экспериментом, проведенным в 2015-2017 г.г.;
7. Анализ изучаемых древесных растений по основным биоморфологическим признакам;
8. Разработка рекомендаций по озеленению города растениями, обладающими наибольшей фитонцидной активностью.

3.Описание объектов исследования фитонцидной активности

С целью исследования фитонцидной активности, объектами для ее выявления были выбраны 3 вида древесных растений из семейств Sapindaceae, Pinaceae, Salicaceae, которые отлично приспособились к природно-климатическим условиям Донецкого края. а именно ель обыкновенная (P. abies); клен остролистный (A.platanoides); тополь пирамидальный (P.pyramidlis).

Тополь пирамидальный (Populus nigra L. var pyramidlis) – высокое, до 40 м высотой, листопадное, двудомное дерево семейства ивовых. Имеет узкопирамидальную компактную крону и цилиндрический ствол, покрытый гладкой серой корой. В нижней части ствола, особенно у старых деревьев, кора серовато-коричневая, трещиноватая. Почки мелкие, ясно-бурые, с блеском, чешуйки не клейкие.

Листья ромбические, с пластинчато-сплюснутыми черенками. Цветки мелкие, собранные в серёжки: мужские – длиной до 8 см, с пурпурными пыльниками, женские – длиной до 15 см, рыльца жёлтые, завязь шаровидная зелёная.

Цветение в марте – апреле (до или одновременно с распусканием листьев). Плоды представляют собой яйцевидные коробочки, раскрывающиеся 2-4 створками, содержат много мелких семян с шелковистыми волосками возле основания (тополиный пух). Созревают в мае-июне [2].

Тополь пирамидальный достаточно теплолюбивое растение, выносит сухость воздуха и небольшую засоленность почвы, на сухих и бедных почвах рано начинает сохнуть вершины дерева. Светолюбивое растение, хорошо растет на плодородных и свежих почвах, доживает до 100 лет. Корневая система мощная, вполне ветроустойчива. Хорошо переносит микроклимат промышленных районов и крупных городов. Выдерживает задымленность и запыленность воздуха.

Родина тополя пирамидального – горы Средней Азии (Гималаи, Афганистан).

Медики утверждают, что в своё время эти деревья на улицах городов были посажены не зря: они вбирают в себя около 70% уличной пыли, грязи и дыма (один старый тополь очищает воздух от сорока килограммов сажи и пыли), освежают и обогащают воздух фитонцидами, убивая болезнетворные микробы. Интересно, что тополя выделяют в несколько раз больше кислорода, чем хвойные деревья.

Особенно выгодно оказалось садить его в черте города, поскольку он не только быстро растёт, но и декоративен и обладает высокой способностью к размножению. Если раньше озеленители старались отделять мужские особи, то теперь обнаружено немало видов деревьев (например, такие виды, как лавролистный и пирамидальный тополь), которые не имеют тополиного пуха, а потому являются оптимальным вариантом для города [3].

Клен остролистный (Acer platanoides L.) может достигать в высоту 30, а иногда и более метров. Его ствол покрыт буровато-серой, почти черной трещиноватой корой, а на молодых ветках кора гладкая, красновато-серая. Крона клена остролистного округлой формы, широкие, крепкие ветви направлены вниз.

Цветет дерево в первой половине мая душистыми желтовато-зелеными цветками, собранными в щитки по 15-30 штук. Поскольку клен остролистный является двудомным растением, то цветки на нем или женские, или мужские. Опыляется растение насекомыми. Нектарник, представляющий собой плоское кольцо, в которое погружены основания тычинок, расположен между завязью и лепестками.

Листья у клена дланевидные, простые, супротивные, с заостренными на концах крупнозубчатыми лопастями, которых может быть 5-7 штук. Верхняя сторона пластины темно-зеленая, нижняя бледнее. Осенью его листья окрашиваются в желтый или оранжевый цвета. Из жилок и черешков сломанных листьев выделяется сок молочного цвета.

Плод клена остролистного – распадающаяся на два односемянных плодика крылатка, созревающая в конце лета и иногда не опадающая с дерева до конца зимы. Растение является медоносом. В сентябре крылатка распадается и плодики разносятся ветром. В дикой природе клен остролистный размножается семенным путем, но, несмотря на то, что семена прорастают весной, большая часть всходов гибнет. В первые годы жизни клен остролистный растет довольно быстро, максимальной своей высоты достигает к 50-60 годам. Плодоносит он с 17 лет, а средняя продолжительности жизни дерева составляет 150-200 лет.

Клен остролистный распространен в основном в Евразии. На севере ареал его распространения ограничен скандинавскими странами, на юге – северной границей Ирана, на востоке - Уральским хребтом. Клен чаще растет по соседству с дубом и ясенем, часто его высаживают в городских парках и скверах, в полезащитных лесных полосах. Дерево не боится затенения и холодов, но чувствительно к состоянию почвы и предпочитает влажные и плодородные земли. Хорошо переносит пересадку, в озеленении ценится как одна из лучших пород для одиночных посадок, аллей и красочных мощных групп. При создании лесных насаждений используется в качестве сопутствующей породы [3].

Ель обыкновенная или европейская (Picea abies) относится к виду хвойных деревьев, семейство – Сосновые, род – Ель. Это вечнозеленое дерево имеет поверхностную корневую систему. Ель может вырастать высотой 35-50 метров. Распростертые или поникшие ветви, расположенные мутовчато, образуют конусную крону. Серо-коричневая кора ели состоит из тонких пластинок [4].

Продолжительность жизни хвои 6-12 лет. Осенью отмирает приблизительно седьмая часть хвои, при этом облик дерева не меняется. Даже при регулярной смене своего наряда, ель не теряет своей очаровательной прелести. Мужские колоски (микростробиллы) пазушные, появляются в конце побегов предыдущего года. Длина колосков при цветении около одного сантиметра.

Длина хвоинок составляет 1-2,5 сантиметров. Они темно-зеленого цвета, заостренные, довольно жесткие. Расположение хвоинок на ветви неявно двухрядное или мутовчатое, крепятся они на листовых подушечках по одной.

Женские шишки повислые, удлиненные, располагаются в верхних ярусах крон по несколько штук. Молодые шишки приятного зеленого цвета, а зрелые меняют свой цвет на светло-коричневый. Длина шишек приблизительно 12-16 сантиметров. Размножение происходит семенами.

Семена длиной около 4 мм имеют яйцевидную форму с красновато-коричневым крылом. Деревья начинают семеносить после двадцатилетнего возраста, а семеношение происходит раз в 4-5 лет.

Ель распространена по всей территории Европы, местами образуя целые лесные массивы. Дерево теневыносливое, нетребовательное к почвам и достаточно морозостойкое. Чувствительна к задымлению и загазованности воздуха.

В городском зелёном строительстве применяется как парковая порода, в живых изгородях, аллеях и группах [5].

4.Экспериментальное исследования фитонцидной активности

Для исследования и сравнительной характеристики сезонной фитонцидной активности различных видов древесных растений необходимы были образцы данных растений. В качестве исследуемого материала были отобраны листья на участках с разной антропогенной нагрузкой. Такими участками стали[3]:

Участок №1 – Музыкальный парк, городской парк культуры и отдыха стадиона Донбасс-Арена – относительно чистая территория, потому что в данном районе нет промышленного предприятия.

Участок №2 – район ПАО Донецкий металлургический завод - это участок с постоянным вредным негативным антропогенным воздействием, на котором растительность находится в экстремальных условиях города, так как подвержена губительному воздействию металлургического завода.

Участок №3 – контрольная точка, Донецкий ботанический сад наиболее экологически чистый участок.

В качестве тест-культуры, по отношению к которой, выявлялась фитонцидная активность, был использован штамм грамм-положительной спорообразующей аэробной почвенной бактерии Bacillus subtilis[6, 7].

Была выбрана эта тест-культура, в силу того, что она доступна в виде лиофилизированного материала; условия культивирования позволяют проводить с ней опыты, не требующие трудоемких условий и сильных затрат времени. Необходимыми условиями культивирования штамма является выращивание при температуре 30-37 ° С в течение 48 часов.

B. subtilis более пригодна к генетическим манипуляциям, из-за чего стала популярным модельным организмом для многочисленных лабораторных исследований. Из-за популярности в качестве лабораторного модельного организма, B. subtilis часто называют грамм-позитивным эквивалентом Escherichia coli, наиболее исследованной грамм-отрицательной бактерии.

Для определения фитонцидной активности изучаемых древесных растений использовался биологический метод. Суть метода заключается в следующем: в чашки Петри разливалась приготовленная питательная среда для культивирования микроорганизмов. Образец микроорганизма Bacillus subtilis подвергался разведению дистиллированной водой до суспензии 1:100 млн. Затем, приготовленная суспензия в объеме 0,5 см³ разливалась на питательную среду в чашки Петри. Далее в каждую чашку Петри закладывался образец растения навеской в 2 грамма.

После приготовления проб все чашки направлялись в термостат, температура в котором составляла 35 ° С на 48 часов. После прорастания колоний бактерии B. subtilis, подсчитывалось количество колоний микроорганизмов, выросших в чашках с различными видами исследуемых растений, с разной местности, сравнивались между собой и контролем [6, 7].

В чашках Петри, где находились листья растений (2,3,4) колоний Bacillus subtilis выросло меньше, чем в контрольной чашке, в которой листьев не было. То есть летучие фитоорганические вещества данных растений способны подавлять рост и размножение микроорганизмов бактерии рода Bacillus subtilis. Также можно принять во внимание тот факт, что фитонцидные вещества тополя пирамидального (4), исходя из этих фотографий, проявили большую фитонцидную активность, чем вещества ели и клена.

В ходе эксперимента были получены результаты, приведенные в рисунке 3.

Таким образом, было выявлено, что фитонцидная активность большинства видов в течение вегетационного периода непостоянна. Наибольшую фитонцидную активность растения проявляют весной в мае месяце, в период вегетации растений, а наименьшую поздней осенью в ноябре.

Полученные результаты фитонцидной активности в настоящий период достоверно отличаются от 2012-2013 гг. По данным 2013 г. на всех участках произрастания ель обыкновенная проявляла высокую фитонцидную активность, что и не являлось удивительным, ведь хвойные деревья являются лидерами по выделению фитонцидных летучих веществ. Однако, глядя на сегодняшние данные можно отметить, что на всех участках и как осенью, так и зимой, ель показала наименьшую фитонцидную активность, так как хвойные деревья больше всех аккумулируют на себе пыль и другие вредные газы [6].

На данном этапе работы, проведя опыты и проанализировав литературу по мнению многих исследователей [8, 9, 10 ], ель обыкновенная, обладает низкой газоустойчивостью, вследствие чего эти насаждения испытывают сильное угнетение и погибают. Наблюдались случаи ее массового отмирания. Устойчивость к повреждению сернистым ангидридом у ели обыкновенной уменьшается с возрастом, особенно после 40 лет. Ее не рекомендуют выращивать в радиусе 20 км от промышленных центров.

Тополь пирамидальный (P.pyramidlis) и клен остролистный (A.platanoides) показали невысокую фитонцидную активность на участке произрастания №2. Это обусловлено тем, что данный участок, находится в зоне сильного загрязнения оксиды серы, азота, углерода, пыль и другие вредные газы.

Выводы

Проблему оздоровления окружающей среды необходимо решать путем формирования единой системы зелёной защиты, включающей не только увеличение площади зелёных насаждений различного функционального назначения, но и всестороннее повышение их эффективности. Дальнейшие исследования фитонцидных свойств местных и интродуцированных растений открывают перспективу наиболее полного и целенаправленного их использования в ландшафтной архитектуре и садово-парковом строительстве [12].

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена, в дальнейшем планируется провести анализ изучаемых древесных растений по основным биоморфологическим признакам и предложить рекомендации по озеленению города растениями, которые обладают наибольшей фитонцидной активностью.

Список источников

1. Земля тревоги нашей. По материалам Докладов о состоянии окружающей природной среды в Донецкой области в 2007-2008 годах / Под ред. С. Третьякова, Г. Аверина. – Донецк, – 2009. – 124 с.
2. Токин Б. П. Целебные яды растений. Повесть о фитонцидах / Б. П. Токин. – Л.: Ленинградский университет, 1980. – 280 с.
3. Лахно Е. С. О химическом составе летучих фитонцидов древесных растений / Е. С. Лахно, Н. В. Козлова // Фитонциды, их биологическая роль и значение для медицины и народного хозяйства. – Киев: Наукова Думка, 1967. – С. 135-138.
4. Данин Е. М. Элементарные методики изучения антибактериальных свойств фитонцидов высших растений / Е. М. Данин // Фитонциды. Их роль в природе и значение для медицины. – Ленинград: Институт экспериментальной медицины, 1952. – 334 с.
5. Хижняк Н.А. Фитонцидная активность древесных пород в условиях городской среды Донбасса / Н.А. Хижняк, К.А. Фельдберг // Тез. докл. VIII совещ. по проблеме фитонцидов. Киев, 1979. – 65 с.
6. Паниотова Д.Д. Анализ фитонцидной активности древесных лиственных растений г.Донецка / Д.Д. Паниотова, Ю.Н. Ганнова // Матеріали XXIII Всеукраїнської наукової конференції аспірантів і студентів. – Донецьк, ДонНТУ – 2013. – 21 с.
7. Синельщиков Р.Г, Мекель В.Н. Фитонцидная активность древесных пород в условиях городской среды Донбасса // Тез. докл. VIII совещ., по проблеме фитонцидов. Киев, 1979, с. 78-86.
8. Исаева Р. Я. Устойчивость древесно-кустарниковых растений к фитотоксикантам и их использование для биомониторинга и оптимизации окружающей среды / Р. Я. Исаева, А. П. Швечикова, Т. М. Косогова // Вестник Луганского государственного педагогического университета. – 1997. – №3. С. 86-98.
9. Кулагин Ю. 3. Древесные растения и промышленная среда / Ю.3. Кулагин. – М., 1974. – 126 с.
10. Томчук В.Н. Влияние загазованности воздуха на антимикробную активность древесных растений / В.Н. Томчук, А.С. Спахова, В.Н. Коновалова / Проблемы аллелопатии. Киев: Наук. думка, 1976. – 129 с.
11. Мовчан Н. А. О влиянии фитонцидов на морфологию бактериальной клетки / Н. А. Мовчан, И. К. Лапина // Фитонциды. Экспериментальные исследования, вопросы теории и практики. – Киев: Наукова Думка, 1975. – С. 169-174.
12. Часовенная А.А. Некоторые показатели физиологического состояния растений и их фитонцидной активности в условиях экологической среды города. / А.А. Часовенная //Вестник Ленинград. ун-та. 1977. № 15. С. 113-122.