Пыльца растений урбанизированных территорий как биоиндикатор условий техногенного загрязнения (Забайкалье)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН

Забайкальский государственный университет

Многопрофильная гимназия № 12"

ПЫЛЬЦА РАСТЕНИЙ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ КАК БИОИНДИКАТОР УСЛОВИЙ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ (ЗАБАЙКАЛЬЕ)

С.А. Решетова, И.Е. Сумарокова

Чита

Аннотация

С помощью светового микроскопа изучены морфологические особенности пыльцевых зерен древесных и кустарниковых растений (Забайкальский край, г. Чита), находящихся в зоне повышенной техногенной нагрузки в условиях загрязнения транспортными выхлопами. Установлено, что меньше всего пыльцы с отклонениями в развитии содержится в пыльниках растений семейств ирисовых, крестоцветных и розоцветных. Наиболее подвержена техногенному воздействию пыльца бобовых и сложноцветных. пыльца кустарниковый растение загрязнение

Ключевые слова: палиноморфология, полиморфизм, техногенное воздействие, тератоморфизм, г. Чита.

Annotation

S.A. Reshetova, I.E. Sumarokova^*

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, SB RAS, Chita, Russia

Transbaikal State University, Chita, Russia

Multidisciplinary gymnasium No. 12, Chita, Russia

POLLEN OF PLANTS IN URBAN AREAS AS A BIOINDICATOR OF INDUSTRIAL POLLUTION

Using a light microscope, the morphological features of pollen grains of woody and shrubby plants (Trans Baikal Territory, Chita), located in the zone of increased technogenic load in the conditions of pollution by transport exhausts, were studied. The pollen of Malus baccata (L.) Borkh., Taraxacum officinale (L.) Webb ex F.H. Wigg., Clausia aprica (Stephan ex Willd.), Oxytropis miriophylla (Pall.) DC., Iris lactea Pall. According to the results of the morphological features of 1050 pollen grains of five plants, it was found that the anthers of all plants, with the exception of Clausia, contained teratomorphic (with developmental deviations) grains. Teratomorphic manifestations related mainly to changes in the sculpture of the upper shell of pollen - exina, the structure of which under normal natural conditions is a stable sign, allowing grains to be classified as taxa of a specific family, genus or species. The identified deviations in the development of pollen are grouped into 6 groups: - flattened; - crumpled; - with a thickened shell; - with fused apertures; - torn; - filled with air. Statistical processing of the obtained data showed that the largest number of deviations in the morphological features of the pollen of the studied plants was found in the pollen grains of Taraxacum officinale (41%) and Oxytropis miriophylla (33%). Among teratomorphic pollen of Oxytropis, flattened pollen grains predominated without internal contents (protoplasm), not providing the plant with the possibility of fertilization and reproduction. An Malus baccata and a Iris lacteal were characterized by the smallest amount of disturbed pollen, while Clausia aprica was characterized by its complete absence. The sizes of pollen grains (the presence of very fine and very large pollen) are not included in the number of signs of teratomorphosis, because often the level of natural polymorphism of the studied plants is quite high. This is especially true for Taraxacum officinale pollen, which even in conditions of ecological wellbeing is characterized by significant variations in the size of pollen grains and the number of apertures. The greatest variety of identified teratomorphic deviations regarding violations of shell sculptures was characterized by Taraxacum pollen samples and the complete absence of those, Clausia pollen. Among the disturbed Taraxacum pollen, grains with fused apertures predominated. The results of a study of its pollen grains showed a direct correlation of the content of pollen in its anthers with deviations, the volumes of which increase as we approach the source of pollution - the road. Since Taraxacum officinale is usually widespread in urban areas and is characterized by the greatest variety of identified teratomorphic deviations, bioindication with the help of its pollen in combination with geochemical testing could serve as an integral part of monitoring the state of soils and plants in Chita, and, based on its results, the development of measures to reduce pollution.

Keywords: palynomorphology, polymorphism, technogenic impact, teratomorphism, Chita.

Введение

На сегодняшний день мы до сих пор недостаточно хорошо знаем и понимаем природные процессы, в том числе и те, в которых участвует человек. Особенно сложными являются отношения человека и природы на урбанизированных территориях, и крайне важна здесь возможность давать объективные и достоверные оценки и прогнозы качества не только воздуха, воды и почв, но и биологической составляющей окружающей среды. Известно, что на условия экологической нестабильности растения реагируют морфозами листьев, некрозами корней, а также мутациями семенного потомства [Гладков, 2007; Позолотина и др., 2010; Антонова и др., 2013]. Кроме этого, в условиях экологического неблагополучия растения производят уродливые пыльцевые зерна [Дзюба, 1995; Глазунова, 1996; Третьякова, Носкова, 2004; Решетова и др., 2015], поэтому важное место в биологической оценке занимает палиноиндикация, т.е. изучение морфологических особенностей пыльцы растений и их реакции на экологическую дестабилизацию без применения дорогостоящего оборудования [Дзюба, 2006].

Пыльца - это клетки генеративной сферы растений, которые сравнимы с клетками животных, в том числе и человека. В связи с этим, изучение их с указанной точки зрения может приблизить человека к пониманию, а может быть, и к решению многих проблем, связанных с его здоровьем.

Известно, что большое количество тератоморфных (с патологиями в развитии) пыльцевых зерен - от 45 до 100% - зафиксировано на территориях с высоким уровнем загазованности транспортными выхлопами, наличием большого количества промышленных предприятий и превышением в почвах ПДК цинка, кадмия и свинца. В то время как процент естественного полиморфизма пыльцевых зерен у растений в благоприятных экологических условиях обычно не превышает 510, реже 20% [Дзюба, 2006]. При этом, чем хуже экологическая обстановка, тем выше процент содержания патологически развитой пыльцы и наоборот.

Палиноморфологические исследования в Чите с целью биоиндикации окружающей среды в пределах города ранее не проводились. По оценке экологов, Чита входит в число самых грязных городов России по уровню загрязнения воздуха [Захаров, 2018; Баландина, 2019]. Три года подряд город попадает в антирейтинг. Краевой центр занимает второе место в стране после Владивостока по количеству автомобилей на душу населения, что является одним из источников загрязнения атмосферного воздуха в черте города. Веществами, определяющими очень высокий уровень загрязнения атмосферы города, являются: бенз(а)пирен, формальдегид, взвешенные вещества, диоксид азота и фенол [Отчет... 2011]. Основной «вклад» в загрязнение воздуха вносят предприятия топливно-энергетического комплекса и автотранспорт. В связи с этим объектом данного исследования послужила пыльца растений городской территории Читы в районе комплекса «Мегаполис Спорт» - месте пересечения и оживленного движения на автодорогах улиц Комсомольская и Генерала Белика.

Целью исследования являлось изучение пыльцы растений как биоиндикаторов условий техногенного воздействия.

Материалы и методы

Для проведения исследования была выбрана территория оживленного автотранспортного движения как одного из факторов техногенного воздействия на пересечении двух автодорог по улицам Комсомольская и Генерала Белика (рис. 1). Выбор территории обусловлен сосредоточением в одном месте разнообразия одномоментно цветущих растений разной таксономической принадлежности, находящихся в зоне повышенной техногенной нагрузки.

Рис. 1 Точки отбора пыльцы растений в районе «Мегаполис Спорт», г. Чита (по Google Earth Pro) Fig. 1 Fact map with pollen sampling points in Megapolis Sport (according to Google Earth Pro)

Изучена пыльца яблони ягодной Malus baccata (L.) Borkh. (см. рис. 2), одуванчика лекарственного Taraxacum officinale (L.) Webb ex F.H.Wigg. (см. рис. 3), клаусии солнцепечной Clausia aprica (Stephan ex Willd.) (см. рис. 4), остролодочника тысячелистного Oxytropis miriophylla (Pall.) DC. (см. рис. 5), касатика молочно-белого Iris lactea Pall. (см. рис. 6). Большинство растений располагалось предметно на распланированных газонах и клумбах, за исключением одуванчика, который рос повсеместно. Хаотичное местонахождение одуванчика позволило собрать образцы его пыльцы в трех точках: непосредственно у дороги, на расстоянии 20 и 70 м от нее - в глубине территории ближе к набережной р. Чита (см. рис. 1), в то время как остальные растения были собраны по одной пробе из представителей каждого семейства.

Перед микроскопированием пыльцу подготавливали с помощью методики обработки рецентной пыльцы [Пыльцевой анализ, 1950]. Пыльцевые зерна рассматривали с разных сторон с помощью биологического микроскопа Axiolab 2000 (Германия). Их размеры определяли при помощи окулярного микрометра. Просмотр и описание пыльцы осуществляли при увеличении в 400 и 630 раз.

Для исследования пыльцы и выявления морфологических отклонений в ее строении изучали не менее 150 зерен из 3-5 бутонов каждого растения. Фотографирование пыльцы производили на фотоаппарате Canon PC 1089 (Япония). Статистический расчет осуществляли путем подсчета процентного содержания тератоморфных и нормально развитых (типичных) пыльцевых зерен. Типичные пыльцевые зерна исследуемых растений предварительно изучены с помощью определителей [Пыльцевой анализ, 1950; Куприянова, Алешина, 1972, 1978; Дзюба, 2005].

Результаты и обсуждение

Яблоня ягодная. В поле зрения микроскопа преобладали типичные (нормально развитые) зерна (рис. 3, a, b) 3-бороздно-поровые бледно-желтого цвета. Преобладали зерна продолговатой формы, встречались продолговато-округлой и округлой. Замеры диаметра пыльцевых зерен произведены по полярной оси. Средний диаметр зерен составлял 28,6 мкм. Минимальный не превышал 17,6 мкм, максимальный - 33,0 мкм. Помимо типичных зерен в препарате установлены уплощенные зерна без внутреннего содержимого (протоплазмы), которые ство зерен имели симметричную форму, за исклю- отнесены к тератоморфным (рис. 3, с, d). Большин- чением тератоморфных.

Рис. 2 Растения, пыльца которых послужила объектом исследования a - яблоня ягодная, b - одуванчик лекарственный, c - клаусия солцепечная, d - остролодочник тысячелистный, e - касатик молочно-белый

Fig. 2 Plants, the pollen of which was the object of study a - Malus baccata, b - Taraxacum officinale, c - Clausia aprica, d - Oxytropis miriophylla, e - Iris lacteal

Одуванчик лекарственный 1. В препарате преобладали типичные 3-поровидные зерна ярко-желтого цвета (см. рис. 4, a). Встречены бесцветные формы. Замеры размеров осуществлялись по экваториальному диаметру. Средний диаметр составил 30,2 мкм, минимальный - 13,8, максимальный - 42,2 мкм. Помимо типичных зерен выявлено значительное количество тератоморфных зерен с отклонениями: утолщенными верхними оболочками (рис. 4, b), с разрывами (рис. 4, c), со сросшимися и разорванными лакунами (рис. 4, d).

Все зерна, кроме зерен с отклонениями, симметричны. По форме зерна округлые и продолговатые.

Одуванчик лекарственный 2. В поле зрения микроскопа преобладали типичные 3-поровидные зерна ярко-желтого цвета. Средний экваториальный диаметр составил 30,0 мкм, минимальный - 13,2, максимальный - 44,0 мкм. Установлены зерна со сросшимися апертурами, утолщенными оболочками и зерна, заполненные воздухом (рис. 4, e). Все зерна, кроме зерен с отклонениями, симметричны. По форме все зерна округлые.

Одуванчик лекарственный 3. В препарате преобладали типичные 3-поровидные зерна ярко-желтого цвета. Средний диаметр составил 29,8 мкм, минимальный - 15,4, максимальный - 46,2 мкм. Были установлены редкие зерна со сросшимися лакунами и утолщенной верхней оболочной. Все зерна, кроме зерен с отклонениями, симметричны. По форме все зерна округлые.

Клаусия солнцепечная. Под микроскопом все зерна с типичными признаками морфологии пыльцы (см. рис. 5, a). Зерна шаровидной, округлой формы мелких размеров от 11 (рис. 5, b) до 22 мкм со средним диаметром 15,6 мкм. Тератоморфных пыльцевых зерен в препарате не установлено.

Остролодочник тысячелистный. В препарате преобладали типичные 3-бороздно-оровые зерна светложелтого цвета (см. рис. 6, a). Диаметр зерен измерен по полярной оси и экваториальному диаметру. Средняя длина полярной оси составила 23,6 мкм, минимальная - 19,8, максимальная - 30,8 мкм. Средний экваториальный диаметр составил 20,3 мкм, минимальный - 15,4, максимальный - 24,2 мкм. Помимо типичных зерен установлено значительное количество уплощенных и смятых без внутреннего содержимого зерен, отнесенных к тератоморфным (см. рис. 6, b). Все зерна, кроме зерен с отклонениями, являлись симметричными. По форме зерна зафиксированы округлые, продолговатые и округло-продолговатые.

Касатик молочно-белый. Под микроскопом преобладали типичные зерна крупных размеров желтокоричневого цвета (см. рис. 7, a, b). Размер зерен произведен по полярной оси. Средний диаметр составил 62,6 мкм, минимальный - 26,4, максимальный 88,0 мкм. Помимо типичных зерен установлены тератоморфные уплощенные зерна без внутреннего содержимого (рис. 7, c) и смятые (рис. 7, d). Все зерна симметричны. По форме зерна продолговатые, округлые и округло-продолговатые.

Рис. 3 Пыльцевые зерна яблони ягодной (Malus baccata) под световым микроскопом a - типичное пыльцевое зерно, вид с полюса; b - типичное пыльцевое зерно, вид с экватора; c - тератоморфное уплощенное пыльцевое зерно; d - тератоморфное уплощенное и смятое пыльцевое зерно

Fig. 3 Pollen grains of a Malus baccata under a light microscope a - a typical pollen grain of a Malus baccata, polar view; b - typical pollen grain of Malus baccata, equatorial view; c - teratomorphic flattened pollen grain of Malus baccata; d - teratomorphic flattened and crushed pollen grain of Malus baccata