Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Выполнение исследований

Практическое занятие №1

Влияние загрязнения природной среды на морфологические признаки (величину флуктуирующей асимметрии) листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth.)

 

 

Проблема симметрии (асимметрии) биологических объектов является одной из фундаментальных в современной биологии. Симметричным называется объект, который состоит из частей равных относительно какого-либо признака. Проверить равенство объектов или частей системы можно с помощью некоторого преобразования, которое совмещает равные объекты или части одного и того же объекта. Это означает, что объекты либо инвариантны относительно некоторых преобразований пространства, либо нет. Однако, в природе чаще всего встречаются лишь приблизительно симметричные объекты, об инвариантности которых относительно операций симметрии также можно говорить лишь приблизительно.

Симметрия, точная или приблизительная, является важнейшим свойством подавляющего числа живых организмов. При этом следует учитывать, что изменения структур и функций сравнительно независимы, т.е. морфофункциональная организация не жесткая система; конструкция имеет некоторый люфт в отношении каждой функции, и, наоборот, условия функционирования, задаваемые естественным отбором, допускают определенного масштаба селективно-нейтральные изменения структур.

К такому типу изменений можно отнести флуктуирующую асимметрию (ФА), под которой понимают незначительные и случайные (ненаправленные) отклонения от строгой билатеральной симметрии биообъектов (Захаров, 1987). Таким образом ФА организмов по билатеральным признакам можно рассматривать как случайное макроскопическое событие, заключающееся в независимом проявлении либо на левой, либо на правой, либо на обеих сторонах тела, но в разной степени выраженных признаков, являющихся итогом стохастических микроскопических процессов. На макроскопическом уровне флуктуирующую асимметрию предлагают использовать в качестве меры в оценке стабильности развития организма (Захаров, 2001; Захаров и др., 2001). Уровень морфогенетических отклонений (т.е. ФА) от нормы оказывается минимальным лишь при определенных (оптимальных) условиях среды и неспецифически возрастает при любых стрессовых воздействиях.

На макроскопическом уровне флуктуирующую асимметрию предложено использовать в качестве меры в оценке стабильности развития организма (Захаров,2001; Захаров и др., 2001). Уровень морфогенетических отклонений (т.е. ФА) от нормы оказывается минимальным лишь при определенных (оптимальных) условиях среды и неспецифически возрастает при любых стрессовых воздействиях.

 

Цель исследований

Оценить уровень экологического неблагополучия в различных регионах г.Минска на основе оценки флуктуирующей асимметрии листовой пластинки Betula pendula

Задачи исследований

1. Освоить методику сбора и хранения биологического материала и почвы

2. Освоить программу автоматизированного анализа листовой пластинки

3. Освоить методы пробоподготовки

4. Изучить и освоить методику РФА для биологического материала

5. Дать оценку качества среды в рекреационных зонах города

Объект исследования

Береза повислая Betula pendula Roth.

Для определения видов рекомендуется использовать:

Губанов И.А., Киселева К.В., Новиков В.С., Тихомиров В.Н. Определитель сосудистых растений центра европейской России. 2-е изд. дополн. и перер.М.: Аргус, 1995, 560 с.

Материалы и методы

Растения

Сроки сбора материала.Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июня) по сентябрь.

Объем выборки.Каждая выборка должна включать в себя 500 листьев (по 100 листьев с 10 растений). У березы используют листья только с укороченных побегов (рис.1).

Листья с одного растения хранятся отдельно, для того, чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждого дерева. Листья связывают за черешки.

Все листья, собранные для одной выборки, необходимо сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку. В этикетке указать номер выборки, место сбора (делая

максимально подробную привязку к местности), дату сбора и кто произвёл сбор.

 

 

Место сбора Дата сбора
г. Шифр
Ул.  
Примечание Исполнитель

 

 

Выбор деревьев. При выборе деревьев важно учитывать, во-первых, четкость определения принадлежности растения к исследуемому виду.

Во избежание ошибок следует выбирать деревья с четко выраженными признаками березы повислой. Во-вторых, листья должны быть собраны с растений, находящихся в сходных экологических условиях (учитывается уровень освещенности, увлажнения и т.д.). Рекомендуется выбирать деревья, растущие на открытых участках (полянах, опушках), т.к. условия затенения являются стрессовыми для березы и существенно снижают стабильность развития растений. В-третьих, при сборе материала должно быть учтено возрастное состояние деревьев. Для исследования выбирают деревья, достигшие генеративного возрастного состояния

Сбор листьев с растения. У березы повислой собирают листья из нижней части кроны дерева с максимального количества доступных веток равномерно вокруг дерева. Тип побега также не должен изменяться в серии сравниваемых выборок. Листья следует собирать только с укороченных побегов.

Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. С растения собирают несколько больше листьев, чем требуется, на тот случай, если часть листьев из-за повреждений не сможет быть использована для анализа.

 

 

Рис.1. Виды побегов

Подготовка и хранение материала. Для непродолжительного хранения собранный материал можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника. Если собранный материал не может быть обработан сразу, то его помещают на нижнюю полку в холодильнике (максимальный срок хранения неделя). Для длительного хранения используют фиксатор - спирт, разведённый на 1/3 глицерином или водой.

Сканирование.Для дальнейшей компьютерной обработки необходимо отсканировать 30 листьев. Берут здоровые листья без внешних повреждений. Остальные листья высушиваются

Выполнение исследований

Растения

При выполнении исследований проводят следующие операции. Для измерения лист березы помещают пред собой и снимают показатели по пяти промерам с левой и правой сторон листа (рис. 2).

 

Рисунок 2. Необходимые промеры листа

 

1.- ширина половинки листа. Для измерения лист складывают поперек пополам, прикладывая макушку листа к основанию, потом разгибают и по образовавшейся складке производят измерения;

 

2- длина второй жилки второго порядка от основания листа;

 

3- расстояние между основаниями первой и второй жилок второго порядка;

 

4- расстояние между концами этих жилок;

 

5- угол между главной жилкой и второй от основания жилкой второго порядка.

 

Для исследований требуются циркуль-измеритель, линейка и транспортир. Промеры 1–4 снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками (признак 5) измеряется транспортиром. Для этого центр основания окошка транспортира совмещают с точкой ответвления второй жилки второго порядка от центральной жилки. Эта точка соответствует вершине угла. Кромку основания транспортира надо совместить с лучом, идущим из вершины угла и проходящим через точку ответвления третьей жилки второго порядка. Второй луч, образующий измеряемый угол, получают, используя линейку. Этот

луч идет из вершины угла и проходит по касательной к внутренней стороне второй жилки второго порядка.

Первые четыре параметра снимаются циркулем-измерителем, угол между жилками измеряется транспортиром (рис.3). Удобно использовать прозрачные пластмассовые транспортиры.

 

 

Рис.2 . При измерении угла транспортир (поз.1 рис.3) располагают так, чтобы центр основания окошка транспортира (поз.2 рис.2) находился на месте ответвления второй жилки второго порядка (поз.4 рис.3).

 

Так как жилки не прямолинейны а извилисты, то угол измеряют следующим образом: участок центральной жилки(поз.3 рис.3), находящийся в пределах окошка транспортира (поз.2 рис.3) совмещают с центральным лучом транспортира, который соответствует 900, а участок жилки второго порядка (поз.4 рис.3) продлевают до градусных значений транспортира (поз.5 рис.3), используя линейку.

Для облегчения каторжного труда можно использовать программу “Pendulla” для измерения показателей. А затем сравнить результаты ручного и автоматизированного обмера.

 

Почва

Отбор почвенных образцов. Для биотестирования почв и для последующего определения содержания микроэлементов отбираются объединенные пробы (вес около 1 кг), состоящие из 5 точечных проб с площади 5 x 5 м, расположенных «конвертом».

Точечные пробы отбирались на глубину 0 – 10 см. Свежие почвенные пробы ссыпались на полиэтиленовую пленку, тщательно перемешивались, квартовались 3 – 4 раза (измельченная вручную почва разравнивалась на полиэтиленовой пленке в виде квадрата, делилась на четыре части, две противоположные части отбрасывались, две оставшиеся части перемешивались). Оставшаяся после квартования почва разравнивалась на бумаге, условно делилась на 6 квадратов, из центра которых бралось примерно одинаковое количество почвы в полотняный мешочек. После квартования свежая почва использовалась для биотестирования. Для приготовления водных вытяжек пробы почвы, полученные в результате квартования, доводились до воздушно–сухого состояния в сушильных шкафах при температуре 30–40°С.

Подготовка почвенныхобразцовк анализу.Исследуемые образцы почвы просушивались в термостате и измельчались до мелкодисперсного состояния в ступке. Затем просеивались через мелкое сито, чтобы предупредить попадание крупных частиц для приготовления «таблетки» с целью дальнейшего определения элементного состава.

Изготовление таблеток. Для проведения высоконадежного анализа образец должен быть однородным и представительным, иметь массу и размер не менее требуемого методикой анализа. Образцы листьев высушиваются в сушильном шкафу при температуре +50°С, а затем перемалываются до порошкообразного состояния. Отсев производится до мельчайшей фракции. Делается навеска 90 мг. Навеска обрабатывается раствором специального клея на ацетоне. Ацетон выпаривается в течение 10 минут в сушильном шкафу. Образцы прессуются в таблетки. Масса биологического материала в прессованной таблетке должна быть в пределах 48,000-52,000 мкг. Образцы почв готовятся по аналогичному плану.

Проведение рентгенофлуоресцентного анализа почвенных образцов. Определение элементного состава почв проводилось при помощи рентгено-флуоресцентного анализатора ElvaX с оригинальным программным обеспечением. Прибор предназначен для качественного и количественного экспресс-анализа проб (твёрдых, жидких, порошковых, нанесённых на поверхность и осаждённых на фильтры) по всем элементам (начиная от Mg до U).

Рисунок 1. Ренгенофлуоресцентный анализатор ElvaX

При анализе одного вещества методом рентгено-флуоресцентной спектрометрии могут быть получены результаты разного типа. Характер данных, которые будут получены при анализе, обсуждается заренее и зависит от целей и задач исследований. Основные виды рентгено-флуоресцентного анализа и типы результатов:

1.Количественный анализ (определение концентрации заданного набора элементов). Количественный Рентгено-флуоресцентный анализ характеризуется высокой воспроизводимостью результатов при условии представительности пробы и очень хорошей чувствительностью. Результатом количественного рентгенофлуоресцентного анализа является значение концентрации элемента в образце, которое может быть выражено в %, г/кг, мг/л или других единицах производных от концентрации.

2.Качественный анализ (нахождение элементов, входящих в состав пробы). Основой качественного анализа является присутствие или отсутствие линий характеристического излучения элемента в спектре пробы. Элемент считается присутствующим в образце в том случае, когда в спектре обнаружены как минимум две линии его характеристического излучения. Обнаружение линий элементов проводится путем нахождения длин волн пиков спектра и поиска найденных значений в базе данных рентгеновских линий. Эта операция осуществляется компьютером. Результат качественного анализа выглядит как список элементов явно присутствующих в пробе и элементов, присутствующих в пробе в очень незначительных (следовых) количествах.

3.Полуколичественный анализ (экспресс-определение качественного и количественного состава пробы). Полуколичественный анализ проводится в случае неизвестного вещества, когда за очень короткое время требуется выяснить примерные концентрации всех элементов, присутствующих в пробе. Такой вид анализа полезен для планирования дальнейших исследований вещества. Отсутствие стандартных образцов для количественного анализа редких элементов тоже становится причиной проведения полуколичественного анализа. Результат полуколичественного анализа - ориентировочные значения концентраций всех элементов.

ХОД РАБОТЫ (Пример описания результатов)

Результаты исследований заносятся в таблицу. При занесении данных в компьютер для хранения и математической обработки, используют программу Microsoft Excel.

Таблица 1. Значения измерений

Дата Шифр Исполнитель
1. Ширина половинок листа, мм. 2. Длина 2-й жилки, мм. 3. Расстояние между основаниями 1-й и 2-й жилок, мм. 4.Расстояние между концами 1--й и 2-й жилок, мм. 5. Угол между центральной и 2й жилкой, градусы.
  л п л п л п л п Л п

 

Вычисления. Величина асимметричности оценивается с помощью интегрального показателя - величины среднего относительного различия на признак (средняя арифметическая отношения разности к сумме промеров листа слева и справа, отнесенная к числу признаков). Для проведения вычислений пользуются вспомогательной таблицей (табл.2.).

Обозначим значение одного промера Х, тогда значение промера с левой и с правой стороны будем обозначать как ХЛ и ХП, соответственно. Измеряя параметры листа по 5-ти признакам (слева и справа) мы получаем 10 значений Х.

В первом действии (1) находим относительное различие между значениями признака слева и справа - (Y) для каждого признака. Для этого находят разность значений измерений по одному признаку для одного листа, затем находят сумму этих же значений и разность делят на сумму. Например, в нашем примере у листа №1 по первому признаку ХЛ = 21, а ХП = 20. Находим значение Y1 по формуле:

 

Найденное значение Y1 вписываем в вспомогательную таблицу. Подобные вычисления производят по каждому признаку. В результате получается 5 значений Y для одного листа. Такие же вычисления производят для каждого листа в отдельности, записывая результаты в таблицу.

Во втором действии (2) находят значение среднего относительного различия между сторонами на признак для каждого листа (Z). Для этого сумму относительных различий надо разделить на число признаков.

Таблица 2. Вспомогательная таблица для вычислений

  (1) (1) (1) (1) (1) (2)
   
0,024 0,033 0,11 0,023 0,038
0,032 0,067 0,048 0,029
0,05 0,11 0,059 0,025 0,049
0,029 0,036 0,25 0,059 0,045 0,084
0,07 0,051 0,11 0,035 0,053
0,053 0,14 0,059 0,013 0,053
0,055 0,053 0,05 0,032
0,024 0,11 0,047 0,036
0,1 0,05 0,25 0,125 0,024 0,11
0,07 0,016 0,25 0,053 0,045 0,09
          (3)

 

Например, для 1 листа Y1 = 0,024; Y2 =0,033; Y3 =0,111; Y4 = 0; Y5 =0,02.

Находим значение Z1 по формуле:


где N - число признаков, в данном случае N = 5 .

Подобные вычисления производят для каждого листа. Найденные значения заносятся в таблицу.

В третьем действии ( 3 ) вычисляется среднее относительное различие на признак для выборки (Х). Для этого все значения Z складывают и делят на число этих значений:

где n - число значений Z, т.е. число листьев.

Этот показатель характеризует степень асимметричности организма. Для данного показателя разработана пятибальная шкала отклонения от нормы, в которой 1балл - условная норма, а 5 балл - критическое состояние.

Таблица 3. Границы баллов коэффициента флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой

Балл Значение показателя асимметричности
1 Балл до 0,055
2 Балл 0,055-0,060
3 Балл 0,060-0,065
4 Балл 0,065-0,070
5 Балл более 0,07

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.