Изучение видового разнообразия лишайников республиканского

Управление образования Гродненского облисполкома
Отдел образования, спорта и туризма Зельвенского райисполкома
УО «Государственная средняя школа № 3 г.п. Зельва»
Изучение
видового разнообразия лишайников
республиканского биологического
заказника «Медухово»
Секция «Ботаника и экология растений»
Работу подготовила ученица 9 «А»
класса УО «Государственная средняя
школа №3 г.п. Зельва» Манькова
Елизавета
Руководитель:
биологии
УО
учитель
химии
и
«Государственная
средняя школа №3 г.п. Зельва»
Игнатовец Екатерина Вацлавовна
Зельва
2015
1
Оглавление
Введение………………….……..………..……………………………………….3
Глава 1. Теоретическая часть…………………………………….…….………...3
Раздел 1.2. Общая характеристика лишайников…...……………...…....5
Раздел 1.2. Экологические группы лишайников……...…...….. ...……..7
Раздел 1.3. Роль лишайников в природе и народном хозяйстве.............8
Раздел 1.4. Систематика лишайников…………………..…...……….....8
Глава 2. Исследовательская часть….……………...……………...……………...9
Раздел 2.1. Методы сбора и хранения лишайников……….....….......….9
Раздел 2.2. Методика определения лишайников……….….....................9
Заключение ………………………………..……………..………………………11
Литература интернет-ресурсы.............………………..…………………...........12
Приложение 1. Результаты определения родов и видов
лишайников, произрастающих в республиканском
биологическом заказнике «Медухово»………….…………..13
2
Введение
Лишайники — широко распространенные организмы с достаточно
высокой выносливостью к климатическим факторам и чувствительностью к
загрязнителям окружающей среды. Лишайники способны долгое время
пребывать в сухом, почти обезвоженном состоянии, когда их влажность
составляет от 2 до 10% сухой массы. При этом они не погибают, а лишь
приостанавливают все жизненные процессы до первого увлажнения.
Погрузившись в такой «анабиоз», лишайники могут выдерживать сильное
солнечное облучение, сильное нагревание и охлаждение.
В связи с тем, что лишайники поглощают воду всей поверхностью тела
в основном из атмосферных осадков и отчасти из водяных паров, влажность
слоевищ непостоянна и зависит от влажности окружающей среды. Таким
образом, поступление воды в лишайники происходит, в отличие от высших
растений, по физическим, а не по физиологическим законам. Недаром
слоевище лишайников часто сравнивают с фильтровальной бумагой.
Минеральные вещества в виде водных растворов поступают в слоевище
лишайника из почвы, горных пород, коры деревьев.
Однако гораздо большее количество химических элементов лишайники
получают из атмосферы с осадками и пылью. В лесу, где осадки проходят
сквозь кроны деревьев и стекают со стволов, лишайники гораздо богаче
минеральными и органическими веществами, чем на открытых местах.
Особенно много минеральных и органических веществ попадает в тело
эпифитных лишайников, растущих на стволах деревьев.
Во время экскурсии по республиканскому биологическому заказнику
«Медухово», которая проводилась в августе 2015 года во время пребывания в
туристическом палаточно-передвижном лагере «Юный эколог», мы увидели,
что стволы и ветви многих деревьев покрыты лищайниками разнообразной
формы и окраски. Зелёные, серые, золотистые
лишайники
просто
притягивали к себе взгляд и делали летний лес ещё более красочным и
нарядным. Мы решили собрать коллекцию лишайников, произрастающих на
территории республиканского биологического заказника "Медухово", и
определить их названия.
Заказник «Медухово» действует с 1996 года. Наибольшая ценность
данной территории заключается в её редких растительных комплексах,
которые состоят из огромного количества исчезающих и хозяйственнополезных видов растений. Из 492 видов высших сосудистых растений,
встречающихся на просторах заказника «Медухово», наиболее ценными
являются виды: касатик сибирский, купальник горный, кадило сарматское.
Все они поселились на территории, равной 1312 га.
Природную значимость представляют участки коренных дубрав,
черноольшанники, берёзняки, ельники, а также места произрастания тополя
бальзамического. Заказник «Медухово» находится под управлением
Министерства лесного хозяйства Республики Беларусь, поэтому все
исследования в заказнике проводились с разрешения и под контролем
Зельвенского лесничества. Значительную помощь в проведении
3
исследований в заказнике оказывала также Зельвенская районная инспекция
природных ресурсов и охраны окружающей среды.
Цель исследования: определить видовое разнообразие лишайников
на территории республиканского биологического заказника «Медухово».
Задачи исследования:
1. научиться определять роды и виды лишайников;
2. собрать коллекцию лишайников заказника «Медухово» для кабинета
экологии школы;
3. провести просветительскую работу среди учащихся школы о значении
лишайников в природе и жизни человека.
Объект исследования: лишайники на территории республиканского
биологического заказника «Медухово».
Предмет исследования: видовой состав лишайников.
Гипотеза:
видовой
состав
лишайников
республиканского
биологического заказника «Медухово» разнообразен и преобладают в нём
эпифитные и эпиксильные формы.
Метод исследования:
- наблюдение;
- анализ и сравнение;
- индикаторное действие реактивами, применяемыми для определения
лишайников;
- определение лишайников с помощью определителей.
4
Глава 1. Теоретическая часть
Раздел 1.1. Общая характеристика лишайников
Лишайники — своеобразная группа низших споровых растений,
слоевище которых образовано разными организмами: грибом (микобионтом)
и водорослью (фикобионтом). 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 и из воздуха, атмосферных осадков, влаги росы и
туманов, частиц пыли, оседающей на слоевищах. По этой причине
лишайники обладают уникальной способностью существовать в крайне
неблагоприятных условиях, часто совершенно непригодных для других
организмов,— на голых скалах и камнях, крышах домов, коре деревьев и
даже на стекле.
Лишайники — многолетние растения обычно серого, светлого или
темно-бурого цвета. Возраст их достигает десятков, сотен и даже тысяч лет.
В силу крайне малой скорости накопления органических веществ ежегодный
прирост слоевища невелик и составляет в среднем 0,5-7 мм в год.
По внешнему виду талломы лишайников делятся на три группы:
накипные
или корковые, листоватые и кустистые. Наиболее
распространены накипные лишайники (около 80% видов), имеющие таллом в
виде тонкой корочки, прочно срастающейся с субстратом и неотделимой от
него.
Более высокоорганизованные — листоватые лишайники имеют вид
горизонтально распростертых по субстрату одной (диаметром до 5 см) или
нескольких пластинок, прикрепляющихся к субстрату ризоидами или
пучками гиф, называемых ризинами или гомфами, и довольно легко
отделяются от субстрата без значительного повреждения слоевища.
Кустистая форма лишайников — высший этап развития таллома. Такие
лишайники обладают верхушечным ростом и представляют собой кустики,
образованные тонкими ветвящимися нитями, стволиками или мягкими
разветвленными лентами. Они прикрепляются к субстрату лишь основанием
(ризоидами или псевдогомфом) и растут от него вертикально вверх или
свисают вниз. Размеры их варьируют от нескольких миллиметров до 30-50
см, в таежных лесах — до 7-8 м.
По анатомическому строению слоевища лишайники делят на
гомеомерные и гетеромерные (рис. 1).
У гомеомерных лишайников слоевище представляет собой рыхлое
сплетение гиф гриба, среди которых более или менее равномерно
располагаются клетки или нити водорослей. Такое примитивное строение
слоевища характерно для накипных и небольшой части листоватых и
кустистых лишайников.
5
Гетеромерное строение характеризуется наличием в слоевище
дифференцированных слоев, каждый из которых выполняет определенную
функцию. Сверху слоевище покрыто верхней корой, сформированной
плотным сплетением грибных гиф. Под корой, между более рыхло
сплетенными гифами, размещаются 1-2 слоя клеток водорослей (альгальный
слой). Далее внутри находится «сердцевина», состоящая из рыхло
расположенных грибных гиф с большими пустотами, заполненными
воздухом. Снизу у большинства видов слоевище покрыто нижней корой. Из
сердцевины через нижнюю кору проходят пучки грибных гиф — ризины, с
помощью которых лишайники прикрепляются к субстрату. Верхняя и
нижняя кора выполняют защитную функцию и принимают участие в
газообмене лишайника с внешней средой. Альгальный слой участвует в
процессе фотосинтеза и накапливает продукты ассимиляции. «Сердцевина»
обеспечивает аэрацию водорослевого слоя, участвует в прикреплении
таллома к субстрату.
Такое анатомическое строение представляет собой наиболее
высокоорганизованную форму слоевища и характерно для большинства
листоватых и кустистых лишайников.
б
а
Рис. 1. Разрез гомеомерного (а) и гетеромерного (б) слоевища:
1 - верхняя и нижняя кора; 2 - водоросли (альгальный слой); 3 - сердцевина
Размножаются лишайники главным образом вегетативным путем —
фрагментами слоевища, а также особыми специализированными вегетативными образованиями — соредиями и изидиями (рис. 2).
Соредии формируются под верхней корой в альгальном слое и состоят
из одной или нескольких клеток водорослей, оплетенных гифами гриба. Под
давлением разросшейся массы многочисленных соредии корковый слой
разрывается и соредии выходят на поверхность таллома в виде соралей,
откуда они разносятся ветром, каплями дождя, прорастая в благоприятных
условиях в новые талломы лишайников.
6
Изидии представляют собой мелкие выросты-слоевища в виде палочек,
бугорков, покрытые снаружи корой и состоящие из нескольких клеток
водорослей, оплетенных гифами гриба. Изидии отламываются и прорастают
в новые слоевища.
а
б
Рис. 2. Строение соралей (а) и вертикальный разрез слоевища
лишайника с изидиями (б): 1, 2 — отдельные соредии и изидия
Каждый из компонентов лишайника способен размножаться
самостоятельно: водоросли — простым делением или автоспорами, грибы —
бесполым и половым размножением. Попав в благоприятные условия, споры
прорастают в первичный мицелий, который встречает характерную для
данного вида лишайника водоросль и образует слоевище. При половом
размножении на слоевищах формируются плодовые тела, внутри которых
развиваются сумки со спорами.
Раздел 1.2. Экологические группы лишайников
По отношению к субстрату и другим условиям местообитания
лишайники подразделяют на ряд экологических групп, основными из
которых являются следующие.
Эпилитные лишайники развиваются на каменистом субстрате. Среди
них есть виды с накипными, листоватыми и кустистыми слоевищами. Среди
эпилитных лишайников различают группу кальцефилов, поселяющихся на
известняках, доломитах и других горных породах, содержащих известь, и
группу кальцефобов, растущих на гранитах, кварцах и других неизвестковых
породах.
Эпигейные лишайники чаще всего поселяются на бедных питательными
веществами почвах (песчаных, торфянистых и др.), малопригодных для
развития других растений.
Эпифитные лишайники растут на коре деревьев и кустарников. Они
включают накипные, кустистые и листоватые формы. Для них большое
значение имеют структура коры, ее жесткость, частота отслаивания и другие
особенности, поэтому разные виды лишайников отличаются определенной
7
приуроченностью к древесным породам и частям деревьев (основание,
средняя и верхняя части стволов и ветви).
Эпифильные лишайники, развивающиеся на хвое и листьях
вечнозеленых растений, немногочисленны и произрастают в основном в
тропиках и субтропиках.
Эпиксильные лишайники обитают на обработанной или гниющей
древесине. К ним относятся многочисленные виды накипных, листоватых и
кустистых лишайников. Их видовой состав близок к флоре лишайников других субстратов данной местности.
Лишайники встречаются во всех ботанико-географических зонах, но
наибольшего развития они достигают в умеренных и холодных областях.
Лишайники весьма чувствительны к загрязнению воздуха и поэтому быстро
погибают в крупных городах, а также вблизи заводов и фабрик. По этой
причине они могут служить индикаторами загрязненности воздуха вредными
веществами.
Раздел 1.3. Роль лишайников в природе и народном хозяйстве
Будучи автогетеротрофными организмами лишайники аккумулируют
солнечную энергию и создают органические вещества в местах, недоступных
другим организмам, а также разлагают органические и минеральные
вещества, участвуя тем самым в общем круговороте веществ в природе.
Лишайники играют существенную роль в почвообразовательном процессе,
так как содержащиеся в них кислоты постепенно растворяют и разрушают
горные породы, где они поселяются. Кроме того, за счет разложения слоевищ
лишайников формируется почвенный гумус. Таким образом, лишайники
вместе с бактериями и некоторыми водорослями создают условия для
жизнедеятельности других, более совершенных организмов, в том числе
высших растений й животных.
В хозяйственной деятельности человека важную роль играют прежде
всего кормовые лишайники (например, ягель), которые поедаются не только
северными оленями, но и маралами, косулями, лосями. Некоторые виды
(лишайниковая манна, гигрофора) используются в пищу. Из лишайников
получают лишайниковые кислоты (известно около 250), обладающие
антибиотическими и антимикробными свойствами. Они используются в
парфюмерной промышленности для получения ароматических веществ, в
фармацевтической — для изготовления препаратов против туберкулеза,
фурункулеза, кишечных заболеваний, бешенства, эпилепсии и др.
Лишайники служат сырьем для получения спирта, красок, лакмуса.
Раздел 1.4. Систематика лишайников
Лишайники являются настолько своеобразной группой живых
организмов, что у исследователей до сих пор нет единого мнения об их
положении в системе растительного мира. Существует две точки зрения на
лишайники. Согласно первой лишайники — самостоятельный таксон,
согласно второй — это биологическая, а не систематическая группа.
8
Сторонники первой выделяют ряд признаков, присущих только
лишайникам, качественно отличным от грибов и водорослей организмам:
1) наличие специфических жизненных форм, отсутствующих у грибов
и водорослей (накипные и кустистые слоевища);
2) способность расти на субстратах, не пригодных для роста растений
(например, камни);
3) специфический способ размножения как комплексного организма
при помощи соредий и изидий;
4) медленный рост и особый тип метаболизма, в результате которого
образуются специфические лишайниковые кислоты, отсутствующие у грибов
и водорослей.
Сторонники второй относят лишайники к соответствующим группам
грибов, рассматривая их как лихенизированные грибы. Свое мнение они
основывают на формообразующей роли микобионта в слоевище.
Классификация лишайников базируется на характере спороношения
микобионта, а также на строении сумок и морфологических особенностях
слоевища. Отдел содержит около 26 000 видов лишайников из более чем 400
родов. Они распределены в основном по 2 классам: сумчатые и
базидиальные.
Глава 2. Исследовательская часть
Раздел 2.1. Методы сбора и хранения лишайников
Сбор лишайников проводился 24-25 августа 2015 года. Было
обследовано более 100 деревьев в различных местах заказника «Медухово».
Для этого на различных обследуемых территориях выделили 10 пробных
площадок, на каждой из которых были собраны образцы.
Листоватые, кустистые и особенно накипные лишайники собирались
вместе с кусочками субстрата. Кустистые слоевища отрывались от субстрата
руками. Лишайники, встречающиеся на коре деревьев, вырезались вместе с
участком коры.
Собранные образцы с подробной записью на этикетке помещались в
отдельные пакеты. На этикетке указывали время и место сбора, детально
указывались условия произрастания лишайников, отмечался субстрат и
расположение слоевища на нем (солнечная или теневая сторона субстрата,
ориентация к сторонам света, высота произрастания).
Для предотвращения плесневения и порчи лишайников в период
хранения их тщательно высушивали. Следует отметить, что лишайники
быстро и хорошо высыхают непосредственно на воздухе, полностью
сохраняя свой естественный облик и окраску. Хранили лишайники в
коробочках.
Раздел 2.2. Методика определения лишайников
Качественное изучение собранного материала проводилось в кабинете
биологии. Определение лишайников чрезвычайно трудоемкое и сложное
дело, поэтому определить его видовое название, используя школьное
оборудование, в некоторых случаях практически невозможно. Для
9
определения лишайников использовались лупы, микроскопы с объективами,
дающими увеличение от 8 до 90х и окулярами от 7 до 15х, острые лезвия,
вода, растворы реактивов, предметные и покровные стекла и определители.
Сложной задачей было определить собранные экземпляры, так как
литературы по данной теме крайне недостаточно. Поэтому не все собранные
виды лишайников удалось определить до конца.
Лишайники определяли по:
субстрату;
форме таллома;
цвету таллома;
изменению окраски таллома под воздействием реактивов;
предполагаемой принадлежности к систематическим категориям
(семейство, род, вид).
Изучение лишайников начали с определения кустистых и листоватых
лишайников, так как они считаются относительно простыми для
определения. Многие из этих лишайников можно определить на основе их
морфологических признаков, различимых визуально или с помощью лупы с
десятикратным увеличением.
После того, как нами была освоена методика определения кустистых и
накипных лишайников мы перешли к изучению накипных. Срезы талломов
выполняли от руки лезвием. Сложности возникали в том, что такой срез
необходимо выполнять под бинокуляром, но у нас такой возможности, к
сожалению, не было. Полученные срезы помещали в каплю воды и
рассматривали под микроскопом.
Для более точного определения мы пользовались простыми
реактивами, широко применяемыми для определения лишайников. Их
индикаторное действие объясняется наличием или отсутствием в
лишайниках тех или иных специфических кислот или других химических
веществ.
Основные реактивы:
1) едкий калий — 5 или 10 % раствор КОН в воде. Действует на
коровой слой, сердцевину таллома и на срезы или диск апотеция. При
положительной реакции они могут краснеть, желтеть или буреть, при
отрицательной— не изменяются. При действии на сердцевину необходимо
скальпелем соскоблить часть корки.
2) белильная (хлорная) известь — концентрированный раствор-взвесь
СаСl2О в воде. Сохраняется в темной, плотно закрытой склянке в течение
недели. Изменение окраски может быть такой же, как и при использовании
КОН.
3) йод — 10 % раствора иода в йодистом калии (J2 + KJ) или спиртовый
раствор йода. Обычно этот реактив используют для срезов. Он придает им
синюю окраску, в последующем переходящую в винно-красную. Изменение
окраски во многом зависит от свежести материала, иногда требуется до 10–
15 минут, чтобы реакция четко обозначилась.
10
Основу определителя составляют таблицы для определения родов и
видов лишайников. Таблицы построены по дихотомической схеме: каждая
ступень таблицы состоит из тезы, обозначенной порядковым номером с
левой стороны, и антитезы, обозначенной цифрой «0». В тезе и антитезе
приводятся наиболее характерные признаки ступени, причем антитеза всегда
содержит признаки противоположные тем, которые приведены в тезе. В
конце каждой тезы и антитезы стоит или цифра, или название рода, или вида
лишайника. Когда справа стоит цифра, это значит, что определение
лишайника нужно вести дальше, начиная с той ступени, цифра которой стоит
в конце тезы или антитезы.
В ходе работы нами был собран и изучен 19 видов лишайников, из них
было определено 12 родов лишайников: Пармелия, Гипогимния, Эверния,
Кладония, Лепрария, Ксантория, Хенотека, Канделяривилла, Петрузария,
Сколициоспорум. Для 7 собранных образцов род лишайника определить не
удалось.
С помощью определителей было определено 7 видов лишайников:
ксантория постенная, пармелия бороздчатая, гипогимния вздутая, эверния
сливовая, кладония бахромчатая, пармелия скальная, хенотека чернобурая.
Данные лишайники относятся к экологическим группам эпифитных и
эпиксильных лишайников.
Выводы:
1. Определено 12 родов лишайников заказника «Медухово»: Пармелия,
Гипогимния, Эверния, Кладония, Лепрария, Ксантория, Хенотека,
Канделяривилла, Петрузария, Сколициоспорум.
2. На территории заказника «Медухово» встречаются лишайники:
ксантория постенная, пармелия бороздчатая, гипогимния вздутая, эверния
сливовая, кладония бахромчатая, пармелия скальная, хенотека чернобурая.
3. В заказнике преобладают лишайники, которые относятся к
экологическим группам эпифитных и эпиксильных лишайников.
Гипотеза, выдвинутая нами в начале исследования о том, что видовой
состав лишайников республиканского биологического заказника «Медухово»
разнообразен и преобладают в нём эпифитные и эпиксильные формы
подтвердилась полностью.
Заключение
В процессе исследований была проведена следующая работа:
1. Подобрано и проанализировано 7 литературных источников.
2. Проведен обзор литературных данных.
3. Освоена методика исследования лишайников.
4. Проведены полевые исследования в заказнике «Медухово»,
собраны образцы лишайников, оформлена коллекция лишайников, сделаны
фотографии.
5. В результате исследований в заказнике «Медухово собрано 19 вид
лишайников, из них определено 12 родов и 7 видов.
11
6. В дальнейшем планируем составить картосхему заказника
«Медухово» с обозначением на ней местонахождений собранных нами
видов лишайников. Данная картосхема будет использоваться при
организации и проведении экскурсий по заказнику.
Литература
1. Жизнь растений том 3 Водоросли. Лишайники. Под ред. профессора
М.М. Голлербаха. М.: Просвещение; 1977 с. 378 – 470.
2. Горбач Н.В. «Лишайники Белоруссии (определитель)» - Минск,
«Наука и техника», 1973.
3. Домбровская А.В., Шляков Р.Н. «Лишайники и мхи севера
европейской части СССР (краткий определитель)» - Л., «Наука», 1967.
4. Комарницкий Н.А., Томин М.П., Красильников Н.А. Определитель
низших растений. М., 1980.
5. Пчелкин А.В., Кравченко М.В. Определитель наиболее
распространенных эпифитных лишайников средней полосы России. Компью6. Солдатенкова Ю.П. Малый практикум по ботанике. Лишайники. М.:
Изд-во М, ун-та, 1977.
Томин М.П. Определитель кустистых и листоватых лишайников СССР.
Минск, 1974.
12
Таблица 1
Результаты определения родов и видов лишайников,
произрастающих в республиканском биологическом заказнике «Медухово»
№
Субстрат
Вид таллома
Форма таллома
Окраска таллома
под действием
КОН
Слабо желтеет
Лепрария
Не изменяется
Сколициоспорум
Желтооранжевого цвета
Голубоватосерый
Голубоватозеленовато-серый
Краснеет
Ксантория постенная
Желтеет
Пармелия бороздчатая
Не изменяется
Гипогимния вздутая
Сероватозеленый
Сероватозеленый
Желтеет
Эверния сливовая
Не изменяется
Кладония бахромчатая
Черно-бурый
Не изменяется
Хенотека чернобурая
Окраска таллома
Кора ствола березы
Накипной
Порошистый налет
Кора ствола сосны
Накипной
Налет
Ветка груши
Листоватый
Округлые розетки
Ветка тополя
Листоватый
Ветка липы
Листоватый
Ветка сосны
Кустистый
Неправильнорозетковидный
Розетковидный,
морщинистоскладчатый
Повисающие кустики
Пень сосны
Кустистый
8
Кора ствола сосны
Накипной
Чешуйки с
бокаловидными
выростами
Порошковидный
9
Кора ствола сосны
Накипной
Мучнистая корочка
Беловато-зеленый Слабо желтеет
Лепрария
10
Кора ствола тополя
Накипной
Мелкозернистый
Желто-оранжевое
Не изменяется
Канделяривилла
Кора ствола тополя
Накипной
Зеленый
Не изменяется
Петрузария
Ветка березы
Листоватый
Бугорчато-зернистая
корочка
Листовидная розетка
Зеленовато желтый
Желтеет
Пармелия скальная
1
2
3
4
5
6
7
11
12
13
Голубоватозеленоватый
Зеленый
Название лишайника