11390 (Вищі водні рослини в системі рослинного світу)

Вступ

В наш час оцінка впливу абіотичних, біотичних та антропогенних чинників на живі організми за допомогою біологічних об’єктів набуває все більшого значення у зв’язку з тим, що їх чутливість до змін, що відбуваються у ряді випадків значно вища ніж існуючих фізичних та хімічних методів. організми-біоіндикатори реагують не тільки на малі дози екологічних факторів, але й дають змогу виявити синергізм, потенціювання, інгибування впливових чинників.

Найбільш розповсюдженою є біоіндикація стану довкілля за зміною видового складу флористичних та фауністичних комплексів. Водні рослини у зв’язку з особливостями морфології та анатомії можуть бути біоіндикаторами стану водойм та слугувати об’єктами глобального моніторингу водних екосистем взагалі.

Актуальність теми: У зв’язку з підвищеним антропогенним впливом на природні комплекси в останній час, стає актуальною розробка та апробація методик, що дозволяють оцінювати екологічний стан природних, природно-антропогенних ландшафтів. Так як всі компоненти природи тісно та нерозривно взаємопов’язані між собою, то порушення одного компоненту викликає зміну стану всіх інших. Тому, оцінюючи стан одного, можна прогнозувати зміни інших компонентів. Останнім часом має місце значний антропогенний вплив на поверхневі водойми. Це і різноманітні викиди промислових та побутових вод, і шумове забруднення, і порушення структури водойм при механічному перемішуванні шарів води, а також порушення термічного режиму. Всі ці фактори призводять до різноманітних змін у водних екосистемах, що відображується на загальному стані природи та на людському суспільстві. На жаль, не завжди є можливість проводити комплексні наукові дослідження, які потребують значних матеріальних затрат та спеціального обладнання. В таких випадках можна використовувати метод біоіндикації, що отримав останнім часом широке визнання та розповсюдженість.

Мета: На основі вивчених еколого-біологічних властивостей рослин водних та прибережно-водних біоценозів провести визначення стану їхніх ценозів русла річки Сіверський Донець. Визначити види біоіндикатори водного середовища.

Завдання:

• Опрацювати наукову та методичну літературу з питань біоіндикації водного середовища за допомогою рослин;

• Дослідити видовий склад водних біоценозів русла р. Сіверський Донець, проаналізувати еколого-біологічні властивості виявлених видів;

• Проаналізувати екологічні особливості виявлених видів, щодо можливості їх використання в біоіндикації стану водойм

• Визначити наявність рослин біоіндикаторів в водному фітоценозі р. Сіверський Донець;

• За зміною флористичного складу водних комплексів проаналізувати екологічний стан об’єктів, що вивчаються.

Методи: геоботанічні, лабораторні, екологічні.

Знання, які були отримані в ході написання роботи та результати досліджень можна використовувати при роботі у школі вчителем біології. Наприклад, під час екскурсій на заплавні луки до річки дітям необхідно показувати рослини біоіндикатори, та яким чином вони можуть нам вказувати на стан навколишнього середовища. Вчитель повинен показати дітям значущість рослин водного біоценозу та необхідність їх охорони та охорони природи в цілому.

1. Загальні відомості про вищі водні рослини та їх положення в системі рослинного світу

1.1 Вищі водні рослини в системі рослинного світу

В ході еволюції поворотним моментом було виникнення фотосинтезуючих організмів. Появу хлорофілу можна віднести імовірно до архейського періоду, а в палеозої, починаючи з кембрію, зустрічаються вже перші синьо-зелені водорості (марполія, гірванелла, эпіфітон і ін.). Суша в кембрії, була позбавлена рослинності. У атмосфері в цей час нагромаджувався надлишок вуглекислоти і мала кількість кисню. У силурі світ рослин представлений вже багатше: з'являється флора псилофітів, що відрізняється великою різноманітністю форм, – це перші знайдені вищі зелені рослини суші. У девоні рослини продовжують завойовувати сушу: крім псилофітів, витиснених до кінця періоду, з'являються перші папороті, каламофіти, клинолисти, лепідодендрони, кордаїти. Остання група – перші представники класу хвойних рослин. По берегах озер росли хвощі, папороті, сигілярії. У карбоні девонська флора розвивається найширше. До кінця кам'яновугільного періоду вона зменшується, і на її місце виходять нові типи глоссоптерієвої флори і голонасінних. Посилення процесів що утворюють ґрунти приводить до різноманітності кругообігу речовин, дає поштовх до подальшої еволюції. У пермській системі, в пізніших відкладеннях палеозою, подальший розвиток одержують насінні папороті (роди Леслейя, гангамоптерис, тинифельдія і ін.) і голонінні рослини, почали з'являтися саговники і гінкгові. У мезозої найбільша різноманітність форм наголошується починаючи з юрського періоду. Рослинність юри абсолютно не схожа на карбон. Саговники, беннеттити, гінкго, байеры, араукарії переважають в лісах юрської епохи, у водоймищах крупні хвощі – неокаламіти. Незбалансованість процесів утворення і руйнування органічної речовини, що привела до накопичення вуглецю у вигляді горючих копалин у верхньому девоні і карбоні, поступово вирівнюється, збільшується кількість кисню в атмосфері. В кінці мезозою, в крейдяний період, створилися кліматичні умови для виникнення квіткових рослин, що мало величезний вплив на весь подальший хід еволюції органічного світу планети. У верхньокрейдяних шарах Аляски нагромаджуються такі водні рослини, як німфеї або латаття. До цього часу відноситься масова поява квіткових рослин, що утворили характерні асоціації і що захопили найрізноманітніші біотоп: рівнини, степи, напівпустелі, гори і водоймища. У кайнозої рослинність розвивається дуже рясно, проте сильне похолодання в другій половині ери, починаючи з міоцену, значно змінило кількість і склад рослин. У середині третинного періоду в Західній Європі зустрічаються вже латаття, рогіз, очерет, осока (міоцен). На Україні в цей час з'явилися рогіз, очерет, рдесник, роголисник, сальвінія.

Квіткові водні рослини, почавши свій розвиток у верхньому крейдовому періоді, в ході процесу еволюції придбали всі ті особливості, які дозволили їм пережити суворі заледеніння кайнозою в умовах водного середовища. Отже, більшість родин вищих водних рослин з'являються в кінці мезозою, починаючи з верхньої крейди; і відноситься до епохи розквіту квіткових рослин при зниженні розвитку голонасінних і вже значному зменшенні спорових рослин. В цей час відбувається поступовий розвиток і формування сучасної флори. У четвертинному періоді до часу настання льодовиків в Європі вже були поширені більшість сучасних видів рослин. Проте значні заледеніння Європи знищили рослинність на величезних територіях, так що деякі види рослин значно скоротили свій природний ареал або зникли повністю. Загальна схема еволюційного шляху водних рослин: море – прісні води – суша – прісні води – море. З цієї причини сучасну вищу водну рослинність, що мешкає в прісних, солонуватих і в значно меншій мірі морських водоймищах, прийнято називати вторинноводною [3].

1.2 Особливості організації вищих водних рослин, як біоіндикаторів навколишнього середовища

Відносна однорідність водного середовища привела до ряду пристосувань самого різного ступеня. Багато видів водних рослин мають здатність розвиватися на суші, що виражається в явищі диморфізму. Потрапивши у водне середовище, ці види здатні розвиватися у воді. [2].

Відзначимо деякі основні пристосування вищих рослин до водного середовища існування.

1. Порівняно низька температура води викликає пригноблення статевого процесу, переважає вегетативне розмноження.

2. Посилене зростання в порівнянні з наземними рослинами.

3. Недорозвинення або відсутність деревини в судинних пучках, пов'язана з тим, що рослина, підтримувана водою, не потребує такою мірою опорних елементів, як наземне. Розвиток системи повітряних порожнин (аеренхіма) сприяє поліпшенню газообміну і підтримці рослини в плаваючому стані.

4. Редукція кореневої системи або зміна її функції.

5. Великий розвиток поверхні тіла по відношенню до маси, що виражається в наявності перистого, розітнутого листя, тонких, довгих стебел або ж широкого, але дуже тонкого листя.

6. Листя занурених водних рослин позбавлені сочовичок, зате їх поверхня проникна для газів і весь газообмін йде через неї. Кількість сочовичок в порівнянні з наземними видами збільшена.

7. У деяких видів серед клітин епідермісу є та інші, звані гідропорами, що мають більшу проникність води. У лататтєвих, крім того, є особливі клітки – гаусторії, розташовані на нижній стороні листа, здатні інтенсивно поглинати живильні речовини і запасати масло.

8. Гетерофілія, різнолисність, це явище, коли на одній рослині розвиваються як типово підводне листя, так і типово повітряні з рядом переходів (настурція, стрілолист, вех).

9. Виділення слизу особливими залозками перешкоджає вилуговуванню з рослин живильних речовин, а також є захистом при тимчасовому пересиханні водоймищ.

10. Переважна більшість вищих водних рослин – багаторічники. При зимуванні частина видів цілком опускається на дно водоймища, більшість зимує у вигляді кореневищ, бульб або зимуючих бруньок (турионів).

Наявність стійкого механізму гомеостазу дозволяє вищим водним рослинам захоплювати значні території і мати широке географічне розповсюдження. Такі види створюють популяції, пристосовані до крайніх умов ареалу, до значних коливань світла, температури і ін. [7].

Серед морфоанатомічних особливостей водних рослин, які можна враховувати при визначенні стану біоценозу виділити такі:

• Оскільки гідатофіти занурені у воду, то вони одержують не всю кількість сонячного проміння, бо частина його відбивається або поглинається водою. Відповідно гідатофіти тією або іншою мірою є тіньовитривалими. Цим зумовлена збільшена поверхня органів, особливо листків, порівняно із загальною масою. У зв’язку з тим, що у воді мало розчиненого кисню у гідатофітів утруднений газообмін. Однак у них добре розвинені міжклітинники, які сприяють регулюванню газообміну. Гідатофіти мають дуже спрощену анатомічну будову, у них судини слабко розвинені або зовсім немає, воду сприймають всією поверхнею тіла. На поверхні епідерми кутикули немає або вона занадто тонка, щоб не створювати перешкоду в надходженні води до клітин.

• Гідрофіти звичайно ростуть по берегах водойм, напівзанурені у воду. Підземна частина рослин (кореневища і корені), а також більша частина стебла занурені у воду. Гідрофіти, як і гідатофіти, мають систему добре розвинених міжклітинних проміжків, крізь які здійснюється постачання кисню до органів, які знаходяться у воді і ґрунті водойми.

• Гігрофіти – це рослини, що пристосовані до росту в умовах надмірного зволоження, переважно атмосферного. Листки їх вкриті тонким шаром кутикули, продихи розташовані на рівні основних клітин епідерми, наявність тонкостінних живих розсіяних волосків, а також широких міжклітинників – забезпечує досить активну поверхню випаровування [13].

Отже, всі ці анатомо-морфологічні характеристики забезпечують рослинам оптимальне існування саме в цих умовах довкілля, дає нам змогу виокремлювати водних та прибережно-водних рослин в окрему екологічну групу і робити висновок щодо можливості застосування даної групи рослин як біоіндикаторів навколишнього середовища

1.3 Поняття біоіндикації та використання вищих водних рослин як біоіндикаторів стану навколишнього середовища

В ході еволюції живі організми адаптувались до дії природних факторів середовища, які впливають на них протягом всього життя. Що стосується дії антропогенних факторів, то в зв’язку з коротким історичним часом їх дії такої адаптації не відбулося. Саме тому їх стресорна дія більш відчутна і небезпечна для життя, так як їх концентрація перевищує допустимі норми. Саме ця особливість покладена у необхідність застосування рослин як біоіндикаторів.

Біоіндикація – це метод виявлення і оцінки впливу абіотичних, біотичних і антропогенних факторів на живі організми за допомогою біологічних об’єктів.

Застосування біоіндикаторів дозволяє:

• знаходити місця скупчень в екологічних системах різного роду засмічень;

• прослідити динаміку змін в оточуючому середовищі;

• визначити ступінь шкідливості тих чи інших речовин для живої природи та конкретно для людини;

• скласти прогноз подальшого розвитку екосистеми.

Основні принципи застосування біоіндикації

Для біоіндикації придатні в основному два методи – пасивний і активний моніторинг. У першому випадку у вільноживучих організмів спостерігають за видимими або непомітними пошкодженнями або відхиленнями від норми, що є ознаками стресового впливу. При активному моніторингу спостерігають за тими самим відхиленнями на тест-організмах, що знаходяться в стандартних умовах на досліджуваній території.

Живі організми в тій чи іншій мірі реагують на зміни навколишнього середовища. Їх чутливість до змін, що відбувається в ряді випадків значно вища ніж існуючих фізичних або хімічних методів. Чутливі організми біоіндикатори реагують не тільки на малі дози екологічних факторів, але й дають змогу виявити синергізм, потенціювання, інгибірування впливових чинників.

Виділяють наступні рівні біоіндикації:

1. За зміною біохімічних і фізіологічних реакцій, що супроводжується накопиченням токсикантів в органах або тканинах;

2. За характером анатомічних, морфологічних, біоритмічних і поведінкових реакцій;

3. За зміною видового складу флористичних та фауністичних комплексів.

На першому рівні досліджують видимі або непомітні пошкодження та відхилення від норми, які свідчать про несприятливі впливи.

На другому (активному) використовують відповідні реакції найбільш чутливих до даного фактору організмів (біотестування).

Біоіндикація може проводитись на рівні макромолекул, організму, популяції, співтовариств та екосистем. Існує біоіндикація специфічна (реакція тільки на один фактор) і неспецифічна (одна і таж реакція на декілька факторів). Методи біоіндикації повинні відповідати наступним вимогам: відносна швидкість проведення біоіндикації, достатня точність і стабільність результатів, доступність видів-індикаторів у необхідній кількості.