Проєкт "Лишайники - невідомі помічники ліхенофлори"

У процесі написання навчального дослідницького проєкта з біології на тему "Лишайники - невідомі помічники ліхенофлори" учениця 9 класу береться визначити чистоту атмосферного повітря за допомогою епіфітних лишайників. Люди часто замислюються про те, яким повітрям вони дихають. Виявляється сама природа може дати відповідь на це питання, варто лише поспостерігати за ростом і розвитком лишайників.

Докладніше про роботу:

В процесі науково-дослідницької роботи з біології на тему "Лишайники - невідомі помічники ліхенофлори" було проведене дослідження, у ході якого учнениця 9 класу визначила різноманітність лишайників - ліхенофлори на території с. Шевченкового та його околиць, вивчила методику визначення чистоти повітря з допомогою лишайників, з'ясувала стан атмосферного повітря досліджуваної території та зібрала зразки лишайників.

В учнівському міні-проєкті з біології про лишайники - невідомі помічники ліхенофлори описані біологічні особливості лишайників, розглянено видове різноманіття ліхенофлори с. Шевченкового та вивчені способи поширення лишайників. На власному прикладі авторка дослідницької роботи про ліхенофлору доказує, що за допомогою вивчення стану лишайників можно зробити правдиві висновки щодо стану атмосферного повітря.

Зміст

Вступ
1. Звіт про проведені дослідження.
1.1 Опис об'єкта дослідження.
1.2 Опис методики дослідження.
1.3 Біологічні особливості лишайників.
2. Результати дослідження.
2.1 Видове різноманіття ліхенофлори с. Шевченкового.
2.2 Поширення лишайників.
2.3 Стан атмосферного повітря.
Висновок
Список літератури
Додатки

З часів появи на Землі людини життя її постійно звязане з рослинами, і цей зв'язок з часом не зменшується, не дивлячись на всі досягнення розвитку науки і техніки. Однією з найважливіших проблем сучасності є вивчення та збереження біологічного різноманіття в планетарному масштабі. Вивчення видового складу флори будь-якої території земної кулі - основа для здійснення всієї сукупності ботанічних та екологічних досліджень.

Лишайники – це особливі організми, в тілі яких об’єднані водорості і гриби в нові комплекси симбіотичних організмів з новими морфологічними, фізіологічними та екологічними властивостями.

Підвищення наукового інтересу до лишайників в останні роки пов'язане із зростаючим практичним значенням їх як біоакумуляторів та біоіндикаторів різноманітного забруднення, як індикаторів порушення екологічних систем та біодеструкторів пам'ятників стародавніх та сучасних епох.

Актуальною в Україні є проблема охорони навколишнього середовища, особливо в степовій зоні, де значний відсоток степів використовується під сільськогосподарські угіддя [1]. Тому доцільним є розширення мережі природоохоронних об'єктів на основі комплексних досліджень флори і фауни, вивчення репрезентативності існуючих заповідних об'єктів та розробка заходів охорони всіх компонентів біоти, в тому числі і лишайників.

Лишайники – індикатори стану навколишнього середовища. Вони дуже чутливі до забруднення повітря. Найбільш стійкі – накипні, а кущисті та листуваті не витримують найменшого забруднення, тому вони не ростуть біля доріг. Особливо шкідливі для лишайників SO2, CO, NO, сполуки фтору. Лишайники нагромаджують радіоактивні елементи – уран, радій, торій.

Актуальність даної теми дослідницької роботи (проєкту) в тому, що дослідження стану атмосферного повітря за допомогою лишайників на вибраній території проводиться вперше. Більшість мешканців с. Шевченкового вважають, що мешкають в ідеально чистому середовищі, але із збільшенням автотранспорту, спалюванням полімерних матеріалів, використанням отрутохімікатів стан довкілля може погіршуватись. Отримавши результати дослідження, ми зможемо визначити стан атмосферного повітря та спрогнозувати вплив його на здоров’я людей.

Основна мета роботи – визначити чистоту атмосферного повітря з допомогою епіфітних лишайників. Люди часто замислюються про те, яким повітрям вони дихають. Виявляється сама природа може дати відповідь на це питання, варто лише поспостерігати за ростом і розвитком лишайників.

Об’єкт нашого дослідження  – стан атмосферного повітря в різних місцях села Шевченкового.

Предметом дослідження є лишайники як індикатори забрудненого атмосферного повітря.

Для досягнення мети дослідження ми визначили такі завдання:

• визначити різноманітність ліхенофлори на території с. Шевченкового та його околиць;
• вивчити методику визначення чистоти повітря з допомогою лишайників;
• визначити стан атмосферного повітря досліджуваної території;
• зібрати зразки лишайників.

Огляд друкованих видань. Перші повідомлення про лишайники півдня степової зони України ми знаходимо в праці Ж. Левельє ( 1842). Подальші відомості про лишайники регіону є в працях А. Нордмана, Е. Вайніо, А. Ришави, С. Зелененького, В. Пісаржевського та К. Мережковського, які вийшли в світ в кінці XIX на початку XX ст.

Планомірне вивчення ліхенофлори України починається в середині 20 років А.М. Окснером. В деяких його роботах знаходимо відомості про лишайники півдня степової зони України. В 50-х - 60-х роках досліджували лишайники на південному заході регіону М.Ф. Макаревич , а на північному сході - О.Б. Блюм (1962). На початку 90-х pp. дослідження ліхенофлори регіону проводив С.Я. Кондратюк, який виявив значну кількість нових та рідкісних для степової зони видів лишайників[3].

Згідно літературних джерел, відомості щодо ліхенобіоти Дніпропетровської області (м. Кривий Ріг) можна знайти в праці М.І. Котова «Ботаніко-географічний нарис р. Інгульця» де згадуються: рамаліна, ксантопарамелія та леканора. З околиць Кривого Рогу без точного місцезнаходження на відслоненнях залізної руди, А.М. Окснером  було визначено  два види ксантопарамелії.  Також дані щодо ліхенобіоти містяться у працях Наумович Г.О.

Рослинні ресурси є частиною природних багатств нашої країни, тому їх раціональне використання, відтворення, збагачення й охорона – одна з найважливіших загальнодержавних народногосподарських задач.

Дніпропетровської області. Сільська рада входить до складу Нікопольського району, що знаходиться у південно-західній частині Дніпропетровської області. На півночі рада межує з Лошкарівською, а на сході – з Новософіївською сільськими радами. По території Шевченківської сільської ради протікає річка Базавлук.

Також знаходиться шість штучних водойм (ставків), але постійно наповнено водою тільки два ставки. Через села Олександропіль та Крутий Берег проходить автомобільна дорога Нікополь-Щорськ. Район розташований у степовій зоні, грунти чорноземні, поверхня здебільшого рівнинна, розрізана неглибокими балками та ярами, що утворилися внаслідок розмивання поверхні грунту талими та дощовими водами. Клімат помірно-континентальний.

Літо в основному жарке і сухе, зима м'яка і малосніжна. Сільська рада та населення надають в користування землі господарствам ТОВ «Гетьман-Агро», АФ «Побєда» та дрібним фермерам.

Існують певні методи дослідження рослинних угруповань. Кількісні співвідношення між видами в фітоценозі можуть бути виражені цифровими і словесними балами, якими оцінюється наявність виду за числом особин, біомасою, площею.

Для дослідження даної території був використаний маршрутний метод з використанням палеток. Суть його полягає в тому, що вибирається певний маршрут, по якому визначаються майданчики для дослідження. На кожному пробному  майданчику оглянули кожен стовбур дерева, виміряли його товщину, встановили приблизний вік і стан на даний момент.

При огляді дерева була використана прозора палетка розміром 20х20 см, на висоті 0,6 м від землі за методикою Голубкова, Малишева (1978). На кожному дереві було підраховано, скільки відсотків від площі палетки займає таллом кожного зустрінутого на корі лишайника. Результати заносилися в таблицю [4].

Окомірна оцінка. У ліхеноіндикаційних дослідженнях як субстрат використовуються різні дерева. Для оцінки забруднення атмосфери села вибирається вид дерева, що найбільш розповсюджений на досліджуваній території. Наприклад, як субстрат ми  використали берест. Територію поділяють на квадрати, у кожнім з яких підраховується загальне число досліджуваних дерев і дерев, покритих лишайником. Для оцінки забруднення атмосфери конкретної магістралі, вулиці описують лишайники, що ростуть на деревах по обидва боки вулиці на кожнім третім, п'ятому або десятому дереві.

Вибір тест-полігонів. Для проведення біологічного моніторингу довкілля на досліджуваній території повинні бути виділені тест-полігони. Тест-полігони вибираються таким чином, щоб першочергово були досліджені найбільш небезпечні та техногенно-навантажені райони.

Обирають район для дослідження й складають його карту з нанесенням ТЕС, заводів, потужних підприємств та великих автомагістралей. Розбивають досліджувану територію на квадрати розміром 10х10 м, 20х20 м, 50х50 м, 100х100 м (залежно від мети дослідження й розрідженості насаджень). У кожному квадраті вибирають 10 старих, але здорових дерев, що ростутьокремо. На кожному дереві підраховують кількість видів лишайників.

При цьому, точну назву видів знати не обов’язково – досить відрізняти їх за формою таллому. Потім проводять оцінку ступеня покриття деревного стовбура лишайником. Для цього на висоті 30−150 см на найбільш зарослу лишайниками частину кори дерева накладають рамку з розмірами 10х10 см і клітками 1х1 см (палетку). Підраховують, який відсоток загальної площі рамки займають лишайники. Отримані результати заносять в таблицю.

Статистична обробка результатів польових досліджень. Для з'ясування залежності розселення лишайників від різних екологічних чинників була проведена статистична обробка матеріалу.

Робота з атласами – визначниками.

Лишайники — організми, що з'явилися внаслідок симбіозу грибів із водоростями або ціанобактеріями. Гриб утворює основу тіла лишайника, а клітини водорості містяться всередині. Водорість здатна до фотосинтезу й постачає грибу поживні речовини, а він захищає її від несприятливих зовнішніх факторів. Грибний компонент лишайника називається мікобіонтом, а водоростевий — фікобіонтом.

Лишайники примітні невибагливістю до умов існування: вони переносять холод, спеку і майже повне висихання, але сильно потерпають від забруднення[6][7]. Ростуть дуже повільно (часто менше міліметра за рік). Деякі з них живуть настільки довго, що входять до числа найстаріших живих організмів планети. Відомо біля 20 000 видів лишайників.

Розрізняють такі форми тіла лишайників:

• коркові, або накипні — мають вигляд накипу ;
• листуваті — округлі пластини, що виростають до 5-6 см.;
• кущисті — стеблоподібна слань у вигляді кущиків, гриви (довжиною до 50 сантиметрів).

До субстрату (каміння, ґрунт, дерева) лишайники прикріплюються ризоїдами.

Лишайники примітні високою стійкістю до несприятливих умов, особливо висихання, а також екстремальних значень температури та опромінення, в тому числі жорсткого. Дослідження на Міжнародній космічній станції показали, що лишайник виду Xanthoria elegans у більшості випадків виживає після півторарічного перебування у відкритому космосі. Лишайники чутливі до забруднення. Деякі їх види зникають навіть при малому забрудненні повітря, і тому слугують біоіндикаторами.

             
Флористичний список лишайників півдня степової зони України включає 309 видів з 98 родів 38 родин 11 порядків (Ходосовцев О.Ф.).

Вивчаючи флору місцевості ми визначили представників 12 видів лишайників. Епіфітні лишайники ростуть на дерева або чагарниках. Вони умовно також поділяються на дві групи: епіфільні (існують на листках, корі) і епіксільні, що виникають на свіжих зрізах. У більшості випадків вони зустрічаються саме на корі, на крихітних ділянках може одночасно уживатися пара десятків різних видів накипних лишайників, повністю змінюють колір дерева і створюють зовнішню нову поверхню.

Епіфітні лишайники виступають прекрасними біоіндикаторами забруднення навколишнього середовища, оскільки всі необхідні для життєдіяльності компоненти вони отримують з повітря. Вони суттєво допомагають в екологічному моніторингу. Найбільш відомими різновидами є пармелія оливкова і гіпогімнія роздута, ксанторія настінна,  пармелія борозниста, пармелія блюдчата, фісція зірчата, фісція зелена, евернія сливова.    Їх особливість полягає в абсолютній непереносимості будь-якого забруднення, тому їх неможливо зустріти ближче ніж за 50 км від промислових зон.

Особливо багато було знайдено різних видів лишайників  на значному віддаленні від автомобільних доріг та виробничих підрозділів сільськогосподарського підприємства. На досліджуваній ділянці, що знаходиться на вулиці  Вишневій лишайники були в дуже хорошому стані, яскраво забарвлені. Зрідка зустрілися нам лишайники, які росли на деревах обабіч автомобільної дороги Нікополь – Лошкарівка.

Рух автотранспорту по ній середньої інтенсивності, тому загазованість атмосфери невелика. Найчастіше зустрічаються лишайники на бересті - в розломах кори накопичується волога, якої в нашому районі вкрай мало в усі пори року. Для визначення поширеності лишайників ми користувались окомірною оцінкою та палетками 10х10 см.

На досліджуваних  деревах за допомогою палеток визначали які види зустрічаються, який відсоток площі рамки займає кожен виж лишайника, розглядали життєздатність кожного зразка. На кожному дереві опрацювали по три – чотири  пробні ділянки: дві в приземній частині стовбура, а дві з різних його сторін на висоті 1,5 см. [Додаток 4].

Аналізуючи результати польових досліджень територію села Шевченкового можна розбити на три райони за поширеністю лишайників різних видів.

Південно-східна частина села (подвір’я  Шевченківської ЗОШ, цвинтар,лісосмуга біля балки Лисячий хвіст, лісосмуга за вулицею Перемоги, узбіччя дороги по вул. Вишневій) має високий та дуже високий ступінь покриття дерев лишайниками. Це пов’язано із значною віддаленістю від джерел забруднення.

Північна частина (територія приватного плодового саду, узбіччя автодороги Нікополь – Лошкарівка, територія АЗС машдвору, джерело біля мосту через балку Лисячий хвіст, узбіччя дороги по вул. Боргуна) має мале поширення лишайників. Це можна пояснити наявністю на цій території АЗС та  автодороги.

Третій район – вулиця Вишнева, що розташована на правому березі річки Базавлук. Ця територія відділена від основної частини села природною перешкодою і є найменш забрудненою.

Лишайники - симбіотичні організми, утворені в результаті спільного існування двох різних організмів - гриба і водорості. Більшість лишайників не вимогливі до умов ґрунту і вологості, вони поселяються на непридатних для інших рослин субстратах. Однак мають ряд біологічних особливостей: підвищену чутливість до різних забруднюючих речовин, таких як газоподібні SO2, HF, HCl, NO, NO2. Лишайники інтенсивно акумулюють важкі метали і низку органічних речовин, що мають канцерогенну здатність - наприклад, бензопірен.

Чому саме лишайники так чутливі до забруднення навколишнього середовища? У них немає непроникної кутикули, завдяки чому газообмін відбувається вільно через всю поверхню. Більшість токсичних газів концентрується в дощовій воді, а лишайники вбирають її всією поверхнею на відміну від квіткових рослин, які поглинають воду з ґрунту.

Шкідливі речовини накопичуються в таломі рослини, порушується процес фотосинтезу, лишайники пригнічуються, рано старіють і гинуть. По мірі наближення до джерела забруднення талом лишайника стає товстішим, зморщується, втрачаються плодові тіла, забарвлення блідне і змінюється. Саме тому лишайники використовують як індикатори забруднення, в першу чергу повітря. Якщо на досліджуваній території не зустрічається жодного лишайника, це значить, що концентрація діоксиду сірки в повітрі перевищує 0,3 - 0,5. мг \ м3.

Переважання деяких витривалих до забруднення лишайників - ксанторіі, фасції, леканори, говорить про те, що кількість сірчистого газу коливається в межах від 0,05 до 0,20 мг \м3;

Важкі метали входять до складу найдрібніших частинок пилу, виділяють сталеливарні і плавильні заводи, потрапляють в атмосферу з викид ами двигунів внутрішнього згоряння[1].

Найбільш стійкі до забруднювачів – накипні лишайники, середньостійкі - листуваті, слабостійкі - кущисті. Після проведення дослідження  ми зробили розрахунок середнього балу зустрічальності і покриття для кожного типу лишайників – накипних (А), листових (В) і кущових(С) [Додаток 5].

Для кожного виду лишайників обчислили середній умовний бал(СУБ) частоти зустрічальності й ступеню покриття за формулою: СУБ = частота зустрічальності + ступінь покриття/2.

Показник відносної чистоти повітря (ВЧП) розрахували за формулою:   ВЧП = ( А + 2В + 3С): 30.  Високий показник ВЧП (близько 1) свідчить про чистоту атмосферного повітря [4].

На території села Шевченкового дуже рідко зустрічаються кущисті лишайники.  Найбільш проблемними зонами с. Шевченкового можна вважати територію плодового саду ( обробляється різноманітними фунгіцидами та гербіцидами), узбіччя автодороги, джерело та в. Боргуна ( потерпають від викидів автотранспорту), територію АЗС (недотримання правил експлуатації).  На територія, що віддалені від джерел забруднення атмосферне повітря знаходиться у відносно чистому стані.

Можливості впливу людини на природу постійно ростуть і вже досягли такого рівня, коли людина може зруйнувати планету, знищити все живе, повністю змінити кліматичні умови.

Згідно із завданнями дослідницької роботи (проєкта) можна зробити висновки про досить різноманітну ліхенофлору села Шевченкового, що налічує 12 (визначених) видів лишайників. Якщо врахувати особини, що були не визначеними, то кількість видів може збільшитися до 15-20.

Результати дослідження в рамках дослідницького проєкта про лишайники - помічники ліхенофлори вказують на наявність трьох районів села за ступенем забруднення повітря. Південно - східна частина села має високий та дуже високий ступінь покриття дерев лишайниками. Це пов’язано із значною віддаленістю від джерел забруднення. Північна частина має мале поширення лишайників. Це можна пояснити наявністю на цій території АЗС та автодороги. Третій район – вулиця Вишнева, що відділена від основної частини села природною перешкодою і є найменш забрудненою.

Проводячи дослідження в рамках пошуково-дослідницької роботи ми почали створювати колекцію лишайників яка може бути використана на уроках біології та гуртках екології. За відсутності ілюстрованого атласа – визначника лишайників та лугів досить проблематично точно визначити види.

Також виникла проблема із визначенням типу лишайника – деякі види протягом свого життя утворюють талом різної бідови. Кладонія спочатку утворює накипний тип слані, а потім з нього виростає кущистий талом.

Епіфітні лишайники виступають прекрасними біоіндикаторами забруднення навколишнього середовища, оскільки всі необхідні для життєдіяльності компоненти вони отримують з повітря. Вони суттєво допомагають в екологічному моніторингу. Найбільш відомими різновидами є пармелія оливкова і гіпогімнія роздута, ксанторія настінна,  пармелія борозниста, пармелія блюдчата, фісція зірчата, фісція зелена, евернія сливова. 

1. Основи екологічних знань / Г.О. Білявський, Р.С. Фурдуй. – К.:Либідь, 1995.-288с.
2. Окснер А. М. Флора лишайників України. В 2-х т. — К.: Вид-во АН УРСР, 1956. — 495 с.
3. Біоіндикація. Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт студентами напряму підготовки 6.040106 «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування» / А.І. Горова, А.В. Павличенко, О.О. Борисовська, В.Ю. Ґрунтова, О.В. Деменко; − Д.: Національний гірничий університет, 2014. – 76 с.
4. Определитель лишайников России / отв. ред. Н. С. Голубкова. — СПб.: Наука, 2004. — Т. 9. Фусцидеевые, Телосхистовые. — С. 314—316.  339 с.
5. Бойко М. Ф.,Ходосовцев О. Є. Мохоподібні і лишайники. Навчальний посібник для студентів- Херсон : Айлант, 2001. — 68 с.
6. Народний лікар/ упоряд.А.Ф.Журавський, М.В.Цвик, А.С.Шкарбан. – Житомир: Науково-практичний Центр народної і нетрадиційної медицини,1991. – 96 с.
7. Пчелкин А. В. Популярная лихенология. — М. МГСЮН, 36 с.
8. Наумович  Г.О. 2009: Нові та рідкісні для рівнинної частини України види лишайників та ліхенофільних грибів з долини річки Інгулець. Чорноморськ. бот. ж. Т.5, № 2: 265-272.
9. Ходосовцев О.Є. Епіфітні лишайники в степових фітоценозах півдня України // ІІ-гі наукові читання пам'яті Й.К. Пачоського: Тези допов. (Херсон, 19-20 грудня 1994 p.). - Херсон, 1994. - с. 71-74.    
10. Ходосовцев О. Є. Таксономічна структура ліхенофлори півдня степової зони України // Актуальные вопросы ботаники и экологии: Тезисы докл. конф. молодых ученых и специалистов (Харьков, 5-7 июня 1996 г.). - Харьков, 1996. - с. 111.

1. Збирати лишайники в заздалегідь підготовлені конверти
2. Перед закладанням зразка в конверт, написати дату, час, місце, погоду
3. Не слід збирати їх в сухому вигляді, краще їх змочити водою
4. Збирати лишайники найкраще з субстратом - шматком кори, деревини, гірської породи, на якому, вони ростуть.
5. Нерідко в дерновинки лишайників можна зустріти два і більше видів. Для визначення треба брати індикаторний вид.

Пармелія бороздчата росте на стовбурах  та гілках листових і хвойних дерев, в добре освітлених місцях. Цей вид витримує суттєве забруднення повітря.

Ксанторія настінна лишайник родини Телосхістові. Лишайник  росте на різних субстратах.Цей вид стійкий ло забруднення повітря.

Фісція зірчаста має слань у вигляді прирослих до субстрату розеток. Зверху розетки сірі, а знизу – світлі, з густим шаром сірих ризоїдів. Лопаті слані вузькі,витягнуті.

Фісція припудрена має талом у вигляді крупних правильних розеток від оливкового до темно – коричневого забарвлення, часто з сильним сизин напиленням.

Евернія сливова має гетеромерну м’яку кущисту слань до 10 см довжиною, з плоскими або трохи жолобчастими неширокими дихотомічно розгалуженими лопатями. Зверху слань зеленувата, а знизу білувата.

Гіпогімнія здута має талом листуватий із здутими лопастями, зафарбована в жовто-зелені, сіро-зелені, жовто-бурі тони. Нижня поверхня чорного або темно-коричневого кольору. Серцевина с порожниною білого кольору.

Леканора різноманітна має талом однорідний, накипний, гладенький, зернистий, часто малопомітний, прикріплений до субстрату.  Часто зустрічається на корі листяних дерев.

	Моніторингові ділянки	Лишайники зустрічаються		Ступінь покриття		Бали
	(%)		(%)
1	Подвір’я Шевченківської ЗОШ	часто	58	високий	55	4
2	Цвинтар с. Шевченкового	часто	60	високий	55	4
3	Лісосмуга біля балки Лисячий хвіст	дуже часто	65	дуже високий	60	5
4	Територія приватного плодового саду	рідко	18	низький	20	2
5	Лісосмуга за вул. Перемоги	дуже часто	63	дуже високий	60	5
6	Узбіччя автодороги Нікополь - Лошкарівка	дуже рідко	4	дуже низький	4	1
7	Територія АЗС машдвору	рідко	5	низький	10	2
8	Узбіччя дороги по вул. Вишневій	дуже часто	56	дуже високий	70	5
9	Джерело біля мосту через балку Лисячий хвіст	рідко	12	низький	10	2