Лаборатсгрная работа № 1. БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯАТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ЛИШАЙНИКОВ (Лабораторная работа подготовлена Е. И. Егоровой)

Лишайники — своеобразные симбиотические организмы, слоевище которых образовано грибом (микобионтом) и водорослью (фитобионтом) с преобладанием в большинстве случаев первого. Поскольку слоевише и плодовые тела лишайников грибные по своей природе, современная систематика рассматривает эту группу в общей системе царства грибов в качестве лихенизированных грибов.

Подавляющее большинство лишайниковых грибов относятся к классу Ascomycetes — сумчатых грибов, образующих в результате полового процесса споры (аскоспоры), развивающиеся в гимениальном слое плодовых тел. Фотосинтезирующие компоненты лишайников относятся преимущественно к отделам зеленых (Chlorophyta) или синезеленых (Cyanophyta) водорослей. Водоросль снабжает гриб созданными ею в процессе фотосинтеза органическими веществами, а получает от него воду с растворенными минеральными солями. Кроме того, гриб защищает водоросль от высыхания.
Комплексная природа лишайников позволяет им получать питание не только из почвы, но также из воздуха, атмосферных осадков, влаги росы и туманов, частиц пыли, оседающей на слоевище. Лишайники относительно неприхотливы к субстрату, однако большинство видов обладает избирательной способностью и поселяется на определенном субстрате (на известняках, кварцах, коре деревьев или гниющей древесине, на неподвижно лежащих предметах из стекла, кожи, железа и пр.). Лишайники требовательны к свету, могут переносить засуху, но нуждаются хотя бы в периодическом увлажнении, так как процесс фотосинтеза и дыхания идет лишь во влажных слоевищах.
По типу слоевища лишайники делят на накипные (корковые), листоватые, кустистые. Накипные — имеют слоевище в виде тонкой (гладкой или зернистой, бугорчатой) корочки и очень плотно срастаются с субстратом (корой, камнем, почвой), отделить их без повреждений субстрата нельзя. Листоватые — имеют вид мелких чешуек или пластинок, прикрепляются пучками грибных гиф (ризоидами) и легко отделяются от субстрата. Кустистые — имеют вид тонких нитей или более толстых ветвящихся кустиков, прикрепляющихся к субстрату своими основаниями.
Наиболее устойчивыми к загрязнителям являются накипные лишайники, среднеустойчивы листоватые, а слабоустойчивы кустистые лишайники.
Эпифитные лишайники предпочитают старые деревья, причем для них имеет значение поверхность коры. На крупнобугристой коре старых деревьев обычно селятся кустистые виды, реже встречаются листоватые и накипные. На слабоморщинистой коре молодых деревьев растут листоватые и накипные виды, а на гладкой коре поселяются в основном накипные лишайники.
В ряде работ показано, что с помощью лишайников можно получать вполне достоверные данные об уровне загрязнения воздуха. При этом можно выделить группу химических соединений и элементов, к действию которых лишайники обладают сверхповышенной чувствительностью: оксиды серы и азота, фторо- и хлороводород, а также тяжелые металлы. Многие лишайники погибают при малейшем загрязнении атмосферы этими веществами.
Процедура определения качества воздуха с помощью лишайников носит название лихеноиндикации.
Принцип первого метода, предложенного в лабораторной работе, основан на использовании соотношения проективного покрытия стола дерева лишайниками, суммарного количества видов лишайников и лишайников доминантного вида. Эти данные приведены в рабочих таблицах 1.1 — 1.2 (см. лабораторную работу № 1).
Принцип второго метода основан на использовании рабочей шкалы, в которой приведена наиболее часто встречаемая последовательность исчезновения индикаторных лишайников по мере увеличения загрязнения (см. табл. 1.3).
Для проведения исследования в полевых условиях потребуются увеличительные стекла (или лупы), каталоги-определители лишайников, карандаш, блокнот, компас, коробка с пакетами для сбора лишайников. Для оценки степени покрытия деревьев лишайниками необходимо изготовить специальное приспособление — палетку из толстого полиэтилена или целлофана в виде квадрата размером 20x20 см, разделив каждую сторону на 10 частей. В результате получается прозрачная сетка, которой покрывают ствол дерева, и оценивают степень покрытия его поверхности лишайником.
Для определения площади проективного покрытия лишайниками ствола дерева необходимо сделать следующее. Выбрать место обследования (парк, освещенный участок леса, двор в городе). Очертить эту область на карте. Выбрать площадку для исследования, включающую 10 деревьев одного вида на расстоянии 5—10 м друг от друга. Деревья должны быть примерно одного возраста и размера, не иметь повреждений. Приложить прозрачную сетку плотно к стволу дерева на высоте 0,3—1,3 м. Подсчитать количество квадратов с лишайниками. Подсчитать количество всех видов лишайников под прозрачной сеткой. Подсчитать количество лишайников доминирующего вида.
Степень покрытия лишайниками стволов деревьев выражается
в процентах. Заполнить табл. 1.1. С помощью табл. 1.2 оценить качество воздуха, используя средние значения (по 10 деревьям) числа видов лишайников, степени покрытия и общего количества лишайников на каждом исследуемом дереве.
Переместиться на следующую площадку (100 х 100 м) и по аналогичной схеме исследовать еще 10 деревьев на наличие лишайников и степень покрытия ствола.
Внимание! 1. В городе можно оценивать степень покрытия лишайниками заборов, столбов и т. п. Наш опыт применения данного метода показал некоторые его ограничения и недостатки для оценки качества воздуха. Так, предложенная в табл. 1.2 шкала не пригодна для использования в случае доминирования накипного лишайника, покрывающего ствол дерева на значительной площади. В таком случае удобнее пользоваться методом расчета степени загрязнения воздуха по сумме индикаторных видов лишайников, приведенных в справочном материале к лабораторной работе № 1. Для оценки степени загрязнения воздуха данным методом надо выполнить пп.1, 2, изложенные выше, и занести в блокнот названия всех обнаруженных индикаторных видов лишайников. Используя рабочую шкалу, приведенную в табл. 1.3, определить биотический индекс. Затем классифицировать качество воздуха в соответствии с табл. 1.4. Если вам нужно взять несколько видов лишайников для коллекции или более точного определения, пользуйтесь рекомендациями по сбору, приведенными в справочном материале к лабораторной работе № 1.
Оборудование и материалы:
атлас-определитель лишайников, лупа, стенды (или коллекции лишайников), индивидуальное задание на карточке.
Получить у преподавателя задание на карточке. Пользуясь табл. 1.1 и 1.2, оценить качество воздуха по степени проективного покрытия лишайниками стволов деревьев.
Таблица 1.1
Журнал оценки качества воздуха по проективному покрытию ствола дерева

Порядковый номер дерева на схеме	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Степень покрытия лишайниками, %
Количество видов лишайников
Количество лишайников доминирующего вида

Таблица 1.2
Шкала качества воздуха по проективному покрытию лишайниками
стволов деревьев

-Степень покрытия	Число видов	Число лишайников доминантного вида	Степень загрязнения
Более 50 %	Более 5	Более 5	6-я зона Очень чистый воздух
	3-5	Более 5	5-я зона Чистый воздух
	2-5	Менее 5	4-я зона
20-50%	Более 5	Бсшее 5	Относительно чистый воздух
20-50%	Более 2	Менее 5	3-я зона Умеренное загрязнение
lt;20%	3-5	Менее 5	2-я зона Сильное загрязнение
lt;20%	0-2	Менее 5	1 -я зона Очень сильное загрязнение

Пользуясь каталогами-определителями лишайников, дать точное родовое и видовое название каждого лишайника, обозначенного номером в карточке. Пользуясь табл. 1.3 и 1.4, дать характеристику качества атмосферного воздуха.
Рабочая шкала для определения биотического индекса
Таблица 1.3

Организмы	Видовое разнообразие	Общее число присутствующих лишайников
Уснея((/у«ей sp.), алекто- рия (Alectoria/Bryoria sp.)	gt; 1 вида 1 вид	0-1	2-4	5-7	8-10	gt; И
Уснея((/у«ей sp.), алекто- рия (Alectoria/Bryoria sp.)	gt; 1 вида 1 вид	*	7 6	8 7	9 8	10 9
Эверния (Eventia sp.), анаптихия (Anapthychia ciliaris), рамалина (Ramalina farinacea)	gt; 1 вида 1 вид	—	6	7	8	9
	gt; 1 вида 1 вид	—	5	6	7	8
Пармелия (Parmelia sp.), гипогимния (Hypogymnia physodes)	gt; 1 вида 1 вид	-3	5	6	7	8
Пармелия (Parmelia sp.), гипогимния (Hypogymnia physodes)	gt; 1 вида 1 вид		4	5	6	7
Ксантория (Xanthoria parietina), фисция (Physcia puherulenta)	gt; 1 вида 1 вид	3	4	5	6	7
	gt; 1 вида 1 вид	2	3	4	5	6
Леканора (Lecanora sp.), графис (Graphis scripta), другие накипные лишайники	Все виды	1	2	3

* Ситуация не встречается в природе.

Таблица 1.4
Классификация качества воздуха по биотическому индексу

Класс качества	Степень загрязнения	Биотический индекс
6	6-я зона: очень чистый воздух CSOj = lt; 0,005 мг/м3	1о
5	5-я зона: чистый воздух CSOl= 0,005 — 0,009 мг/м3	7-9
4	4-я зона: относительно чистый воздух CSo2 = 0,01—0,05 мг/м3	5-6
3	3-я зона: умеренное загрязнение CSo2 =0,05—0,1 мг/м3	4
2	2-я зона: сильное загрязнение CSo2 =0,1— 0,3 мг/м3	2-3
1	1-я зона: очень сильное загрязнение Cso, =0,3 —0,5 мг/м3	0-1

В отчете привести родовое и видовое названия лишайников, указанных в задании номером; сделать выводы о качестве воздуха (привести расчеты и таблицы).
Таблица 1.5
Классы полеотолерантности (А) и типы местообитаний эпифитных лишайников (по X. X. Трассу, 1985)

Классы полеото лерантности	Типы местообитаний лишайников и их встречаемость	Виды
I	Естественные, без ощутимого антропогенного воздействия	Lecanora abietina, Parme- liella, самые чувствительные виды рода Usnea
п	Естественные (часто) и слабо антропогенно измененные (редко)	Evemia divaricata, Lecanora coilocarpa, Parmeliopsis aleurites, Ramalina calicaris
ш	Естественные (часто) и слабо антропогенно измененные (часто)	Bryoria fuscescens, Hypo- gymnia tubulosa, Pertusaria pertusa, Usnea subfloridana
IV	Естественные (часто) и слабо (часто) и умеренно антропогенно измененные (редко)	Cetraria pinastri, Graphis scripta, Armeliopsis ambigua, Usnea filipendula
V	Естественные и слабо и умеренно антропогенно измененные с равной встречаемостью	Caloplaca pyracea, Lecanora subfuscata, Parmelia oliva- cea, Physcia aipolia
VI	Естественные (сравнительно редко) и умеренно антропогенно измененные (часто)	Evemia prunastri, Hypogym- nia physodes, Lecanora allo- phana, Usnea nitra, Hypo- cenomyce scalaris, Pertusaria discoidea
VII	Умеренно (часто) и сильно (редко) антропогенно измененные	Lecanora varia, Parmelia sulcata, Pertusaria amara, Physcia ascendens
VIII	Умеренно и сильно антропогенно измененные (с равной встречаемостью)	Caloplaca cerina, Physconia grisea, Ramalina pollinaria
IX	Сильно антропогенно измененные (часто)	Phacophyscia orbicularis. Xanthoria parietina
X	Очень сильно антропогенно измененные (встречаемость и жизненность видов низкие)	Lecanora conizaeoides, Scoliciosporum chlorococcum

Индекс полеотолерантности (ИП) и среднегодовые значения S02
(по Х.Х. Трассу, 1985)

ИП	Концентрация S02 в атмосфере, мг/м3	Зона
1-2	—	Очень чистая
2-5	0,01-0,03	Чистая
5-7	0,03 -0,08	Относительно чистая
7 — 10	0,08-0,10	Умеренно загрязненная
10	0,10-0,30	Сильно загрязненная
0	Более 0,3	Очень сильно загрязненная (лишайниковая пустыня)

5. Подсчитать индекс полеотолерантности вида (ИП) по табл. 1.6, который соответствует определенной концентрации газообразных соединений, загрязняющих атмосферу, по формуле:

где с„ — общее проективное покрытие; а,- — класс полеотолерантности /-го вида, определяемый по табл. 1.5 в соответствии с видом лишайника; с,- — проективное покрытие /-го вида.
СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
Рекомендации по сбору и определению лишайников Собирать лишайники следует в заранее приготовленные конверты. Наиболее удобны для этого конверты из проклеенной бумаги: лист бумаги складывается вдвое так, чтобы нижняя часть была на 1,5—2 см длиннее верхней. Свободный конец нижней части листа загибается на верхнюю сторону будущего конверта. После этого боковые стороны загибаются на верхнюю сторону так, чтобы одна из них вошла в другую на 2—3 см. Перед тем как закладывать образец в конверт, следует написать дату сбора, принадлежность к тому или иному роду или виду, анатомические и физиологические признаки разных видов или их номера в атласе-определителе. Лишайники не следует собирать в сухом виде, так как при этом они легко ломаются. Сухие экземпляры нужно немного смочить водой. Собирать лишайники лучше всего с субстратом — куском коры, древесины, горной породы и т.п., на котором они растут.
Нередко в одной дерновинке можно встретить два и более видов (иногда даже одного рода) лишайников, которые при осмотре могут быть неразличимы. Для определения надо брать индикаторный вид. Выбранные экземпляры нужно отделить пинцетом или ножом от дерновинки и размочить в воде, так как зачастую только при этом условии лишайник приобретает естественные форму и цвет. Для предотвращения плесневения и порчи в период хранения лишайники предварительно тщательно высушивают. Они быстро и хорошо высыхают непосредственно на воздухе, полностью сохраняя свой естественный облик и окраску. Хранить лишайники лучше в небольших картонных коробочках. Качественное изучение собранного материала проводится в лаборатории по соответствующим определителям.
Перечень некоторых лишайников-индикаторов
загрязнения воздуха сернистым газом Гипогимния (Hypogymnia sp.). Гипогимния вздутая (Hypogymnia physodes) — один из обыкновеннейших лишайников, которые растут на коре и ветвях лиственных (чаще березе) и хвойных пород (например, ели), ветви которых часто сплошь покрыты этим видом. Слоевище имеет вид округлых (на коре) или сильно вытянутых в одном направлении (на ветвях) листовидных пепельно-серых розеток, местами плотно сросшихся с субстратом. Нижняя сторона голая, морщинистая, черная или коричневато-черная, к краям светлеющая. Концы лопастей обыкновенно приподнимаются над талломом и слегка заворачиваются на верхнюю сторону. Ксантория (Xanthoria sp.)- Ксантория настенная (Xanthoria parietina) распространена на коре лиственных пород (осин, тополей). Часто встречается на обработанной древесине (заборы, крыши, стены). Слоевища имеют вид почти правильных желто-оранжевых розеток диаметром больше 3 см. Яркость окраски зависит от освещенности. На солнце слоевище оранжевое, при затенении становится серовато-зеленым. Уснея (Usnea sp.). Виды уснеи свешиваются с ветвей деревьев как длинные сероватые, серовато-зеленые или коричневатые пряди, состоящие из тонких ветвящихся нитей и напоминающие бороду. Эверния (Evernia sp.). Эверния сливовая (Evernia prunastri) — «дубовый мох». Один из обыкновеннейших и широко распространенных лишайников, растущих на коре и ветвях различных лиственных деревьев. В отличие от уснеи и других кустистых лишайников слоевищные полости эвернии не округлые, а имеют вид дихотомически разветвленных лент, мягких на ощупь. Сверху они беловато- или серовато-зеленые, снизу более светлые, с розоватым оттенком. Края лопастей обычно заворачиваются на нижнюю поверхность. Леканора (Lecanora sp.). Слоевище однородное, накипное, гладкое, иногда зернистое или бородавчатое, часто мало заметное, плотно срастается с субстратом (корой дерева, камнями и т. п.). Плодовые тела (апотеции) сидячие, дисковидные. Видовая принадлежность определяется трудно. Пармелия (Parmelia sp.). — пармелия бороздчатая (Parmelia sulcata); п.оливковая (Р. olivacea), п.козлиная (Р. caperata). Слоевища листоватые, разрезанно-лопастные, в виде крупных розеток; прикреплены к субстрату ризоидами, реже свободны. Лопасти разнообразные: узкие или широкие, сильно- или маловетвистые, плоские или выпуклые, тесно сомкнутые или раздельные. Окраска верхней стороны — от беловато-сероватой и желтоватой (Р. caperata) до коричневатой и черной, матовая или блестящая (Р. olivacea); нижней стороны — от белой или светло-коричневой до черной. Обитает на коре деревьев, реже на замшелых почвах и скалах, на обнаженной древесине. Алектория (Alectoria/Bryoria sp.). Таллом кустистый, прямостоячий или повисающий; с волосовидными или иногда сплюснутыми главными веточками. Прикрепляется к субстрату центральным гифом, который с возрастом отмирает, и тогда таллом становится свободным. Обитает в основном на стволах деревьев, реже на мшистой почве и замшелых скалах. Рамалина (Ramalina sp.). Рамалина мучнистая (Ramalina farinacea). Таллом в виде прямостоячих кустиков, серовато- или коричнево-зеленый, 5 —6 см длиной, мягкий. Лопасти плоские, к концам немного утончаются, по краям покрыты крупными головчатыми беловатыми соралями. Поселяются на коре и обработанной древесине. Калоплака (Caloplaca sp.). Таллом накипной, всегда однородный по краю. Окраска оранжевая, желтовато-оранжевая, реже темно-коричневая. Кора таллома развита плохо, края не бывают листоватыми. Слоевище всегда в виде зернисто-бугорчатой корочки. Обитает на древесине, коре, камнях (особенно содержащих "известь), реже на почве. Фисция (Physcia sp.). Фисция припудренная (Physcia pulverulenta) часто встречается на коре осин, имеет вид изящных, округлых, правильной формы розеток оливкового или темно-коричневого цвета диаметром до 15 см. Плотно прилегает к субстрату, состоит из плоских, довольно широких или узких разветвленных лопастей и сверху покрыта обильным сизоватым налетом, отчего и кажется пепельно-серой. На верхней стороне слоевища образуются довольно крупные плодовые тела с черновато-коричневым диском. Нижняя сторона слоевища темная, почти черная, с густыми темно-серыми или черными ризоидами.
Анаптихия (Anapthychia sp.). Анаптихия реснитчатая (Anapthychia ciliaris) наиболее распространена в парках, в светлых лиственных лесах, на придорожных деревьях. Реже ее можно встретить на скалах и древесине. Пепельно-серое или коричневато-серое слоевище имеет вид лежащих на субстрате или слегка приподнимающихся кустиков. Графис (Graphis sp.). Графис письменный {Graphis scripta) часто встречается на гладкой коре лиственных пород (ольхи, лип, особенно рябины и черемухи). Слоевище лишайника погружено в субстрат (кору), тонкокорковидное, серовато-беловатое, иногда слабо заметное и так плотно врастающее в субстрат, что о его существовании можно судить только по некоторому изменению окраски субстрата — белесым пятнам на коре, да по плодовым телам — апотециям. Апотеции в виде неправильно ветвящихся извилистых черных штрихов образуют на коре красивый узор, напоминающий восточные письмена.
Перечень терминов и анатомо-морфологических особенностей
лишайников
Апотеции (ед. ч. апотеций) — один из основных типов плодового тела лишайников, характеризующихся открытым расположением гимениального слоя. Часто имеет вид маленького блюдца с диском в центре, окруженным выступающим краем.
Гимениалъный слой— слой, в котором образуются сумки со спорами.
Изидии (ед. ч. изидия) — маленькие выросты слоевища.
Пикнидии — органы бесполого размножения лишайников, в которых образуются пикноконидии.
Подеции (ед. ч. подеций) — вертикальные полые выросты слоевища различной формы: кубковидные (сцифы), шиловидные, в виде разветвленных кустиков, пальцевидные.
Резины — нитевидные, корневищные выросты, развивающиеся на нижней стороне слоевища для прикрепления его к субстрату.
Слоевище (= таллом) — вегетативное тело лишайника.
Сорали — компактное скопление соредий.
Соредии — маленькие частички лишайника, с помощью которых он размножается вегетативным путем.
Пример составления карточки
для выполнения лабораторной работы
Все биоиндикационные методы предполагают выполнение исследований непосредственно на природе, поэтому можно лишь смоделировать всевозможные варианты сочетаний индикаторных видов лишайников на макетах. Такие стенды-макеты легко изготовить совместно со студентами во время летних практик. Для данной лабораторной работы необходим один макет «дерева», где собраны до 5—6 видов лишайников. На занятии студент с помощью палетки оценивает степень проективного покрытия «ствола дерева» лишайниками. Для выполнения работы по второму методу (оценка с помощью биотического индекса) необходимо изготовить карточки-стенды с 10 индикаторными видами лишайников. Студенты с помощью определителей идентифицируют лишайники. По табл. 1.3 находят биотический индекс и класс качества воздуха.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Артамонов В. И. Зеленые оракулы. — М.: Мысль, 1989.
Гарибова Л. В. Водоросли, лишайники и мохообразные СССР / Л. В. Гарибова [и др.]. — М.: Мысль, 1978.
Жизнь растений. Т. 3. Водоросли, лишайники. — М.: Просвещение, 1977.
Мэнниг У.Д. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений / У.Д. Мэнниг, У.А.Федер. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
Общая ботаника с основами геоботаники. — М.: Высшая школа, 1994.
Солдатенкова Ю.П. Малый практикум по ботанике. Лишайники. — М.: Изд-во МГУ, 1977.
Сынзыныс Б. И. Экологическая диагностика качества атмосферного воздуха с помощью лишайников / Б. И. Сынзыныс, Е. И. Егорова. — М.: Русполиграф, 1997.
Трасс Х.Х. Классы полеотолерантности лишайников и экологический мониторинг // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. — Л.: Гидрометеоиздат, 1985. — Т.7.
Dobson F.S. Lichens. — Richmond Publishing Со, 1992.

<< | >>

Источник: О. П. Мелехова, Е. И. Егорова, Т. И. Евсеева. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование : учеб, пособие для сгуд. высш. учеб, заведений. 2007

Еще по теме Лаборатсгрная работа № 1. БИОИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯАТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА С ПОМОЩЬЮ ЛИШАЙНИКОВ (Лабораторная работа подготовлена Е. И. Егоровой):

- Геоэкология - Основы экологии - Экологический мониторинг - Экология животных - Экология насекомых - Экология почв и агроэкология - Экология птиц - Экология рыб -

- Биология - Ветеринария - Взаимоотношения животных - Все животные - Геология - Зоопсихология - Коровы - Кошки - Лечение животных - Лошади - Насекомые - Науки о Земле - Опасные растения и животные - Растительный мир - Редкие животные - Сельское хозяйство - Собаки - Экология -