МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА ПРИМЕРЕ

Кабирова Лиана Рустамовна
Бирский филиал Башкирского государственного университета, Бирск, Россия
Научный руководитель: Лыгин С.А. – канд. хим. наук, доцент,
кафедра химии и методики обучения химии БФ БашГУ
МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
НА ПРИМЕРЕ ЛЮТИКА ЕДКОГО (RANUNCULUS ACRIS L.)
С. БАЙКИ КАРАИДЕЛЬСКОГО РАЙОНА РБ
Актуальность: выявление махровости цветка Лютика едкого (Ranunculus
acris L.) в зоне интенсивного движения автотранспорта.
Цель: изучить частоту генов и генотипов у Лютика едкого, обитающего в
разных экологических условиях и выявить причину появления мутации цветка.
Задачи:
- произвести учет мутированных цветков по признаку махровости;
- по формуле Харди-Вайнберга рассчитать частоту генов и генотипов у
Лютика едкого, обитающего в разных экологических условиях;
- провести анализ почвы на количественное содержание тяжелого металла
(Pb), оказывающего влияние на проявление гена махровости.
В популяциях разных видов лютиков, наряду с нормальными цветками
встречаются махровые цветки с 6-9 и более лепестками. Подтверждено [5], что
этот признак появляется в результате мутации гена, определяющего развитие
нормального цветка. Если принять во внимание, что это признак моногенный,
тогда нормальный цветок – это признак доминантный (А), махровый –
рецессивный (а). Исследования проводились из расчета, что признак
моногенный (Аа).
Мутация растений - сложный генетический процесс. Чаще расщепление
родительских признаков происходит у растений, полученных при скрещивании.
Причиной мутации могут быть радиоактивные или химические вещества,
механические повреждения или другие стрессовые ситуации [2].
Вблизи автострад с интенсивным движением транспорта в почве может
накапливаться до 1г свинца на 1кг почвы, который и является мутагеном для
цветка [1].
В недалеком прошлом топливо, которое использовалось для двигателя
внутреннего сгорания, представляло собой смесь нескольких углеводородных
жидкостей, в которые для лучшей детонации добавляли специальные присадки.
Самое
известное
вещество,
Pb(CH3CH2)4-ядовитое
используемое
металлоорганическое
для
этого-тетраэтилсвине́ц
соединение,
применяемое
в
основном как антидетонирующая присадка к моторному топливу, повышающая
октановое число. Вот почему в бензине можно было обнаружить свинец. При
сгорании 1л этилированного бензина в воздух попадало 200-400мг свинца [3].
Согласно [6] введен запрет использования этилированного бензина в
Российской Федерации с 2009 года.
Однако почва до сих пор содержит следы свинца. Тяжелые металлы
накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах.
Период полуудаления тяжелых металлов из почвы (выщелачивание, эрозия,
потребление растениями, дефляция) составляет в зависимости от типа почвы
для: цинка - 70 – 510 лет; кадмия - 13 - 110 лет; меди - 310 – 1500 лет; свинца 740 – 5900 лет [4].
Методика исследования
Исследования
Лютика
едкого
проводились
на
территории
Караидельского района дороги местного значения Байки – Акбуляк в период
его цветения. Расчет результатов исследования и анализ почвы проводились в
сентябре 2012 года на кафедре химии и МОХ факультета биологии и химии БФ
БашГУ.
Кабирова Л.Р. самостоятельно произвела все исследования и расчеты,
используя
метод
биоиндикации
и
контроля
окружающей
среды
под
руководством доцента кафедры химии и МОХ Лыгина С.А.
На расстоянии 3 м от дороги (позиция 1) были определены 3 участка
размером 10*10 м, общей площадью 100 м2. Определен объект исследования –
Лютик едкий, с усредненным числом экземпляров, на каждом участке по 200
штук. Таким образом в трех повторностях было изучено всего 600 штук.
В результате эксперимента было установлено, что в среднем каждый 8 –й
Лютик едкий на 200 штук подвержен мутации и имеет махровость, которая
выражается в увеличении числа лепестков с 5 до 6(7) штук, что составило в
среднем на трех участках 4,0 % от общего числа.
Параллельно исследованным участкам, выше на 50 м (позиция 2) были
определены 3 участка по 100 м2. Проводился подсчет лютиков по 200 штук на
каждом участке, где махровость цветка выражена меньше: на 200 штук только
каждый 5-й Лютик едкий проявлял махровость, что составило 2,5%. Это более
чем на порядок ниже позиции 1.
Таким образом, позиция 1, наиболее подвержена влиянию тяжелых
металлов,
чем
позиция
2.
Анализ
почвы
методом
инверсионной
вольтамперометрии ИВА - 400МК показал, что содержание свинца в
придорожной полосе превышает ПДК.
Метод обеспечивает получение результатов измерений массовой доли свинца в
почве в диапазонах и с метрологическими характеристиками.
Измерения проводились с помощью программного комплекса “Polar-4.0”,
который предназначен для автоматического определения содержания тяжелых
металлов и других элементов [7].
Частоту встречаемости гена махровости у мутированных лютиков можно
подсчитать используя математическое выражение Харди-Вайнберга:
p2AA + 2pqAa + q2aa = 1
Полученные данные позволяют определить частоту генов и генотипов,
т.е. генетическую структуру популяции по изучаемому признаку.
На примере позиции 1 вариант-1 (В-1) приведены расчеты с учетом всех
основных пунктов определения генов и генотипов Лютика едкого.
Рассчитано процентное содержание как нормальных, так и махровых
цветков Лютика едкого, что составило: 94% и 6% или в долях 0,94 и 0,06
соответственно.
Растения с махровыми цветками имели гомозиготный генотип – аа.
По формуле a=√q2 частота генотипа аа в популяции составляет q2(0,060), а
частота гена а составляет √q2 (0,245). Из формулы следует, что сумма частоты
генов А и а есть величина постоянная pA+qa=1, тогда частота гена pA=1-qa =10,245=0,755.
Растения с махровыми цветками имеют генотипы АА и Аа. Частота
генотипа AA=p2 (0,570) , частота генотипа Aa=2pq=2*0,755*0,245=0,370.
Результаты позиции 2 рассчитаны аналогично примеру позиции 1 В – 1.
Полученные данные по гену и генотипу, а также количественному
содержанию свинца в почве представлены в таблице 1.
Таблица 1
Частота генов и генотипов в популяции Лютика едкого и
Вариант
Число растений
На склоне горы (2)
Позиция
количественное содержание свинца в почве
В-1
1-200
В-2
В-3
∑ср.
1-200
1-200
200
У дороги (1)
В - 1 1- 200
В-2
1-200
В - 3 1- 200
∑ср.
200
Форма цветка
простая
Частота
Частота генотипов
генов
в популяции
в популяции
А, рА а, qa АА,
Аа,
аа, q2aa
доля
р2AA
2pqAa
махр-я
доля
196
0,980
194
0,970
195
0,975
195
0,975
188
0,940
195
0,975
193
0,965
192
0,960
4
Pb
(мг/кг)
0,859 0,141
0,738
0,242
0,020
5,23±0,45
0,827 0,173
0,684
0,286
0,030
5,70±0,19
0,842 0,158
0,709
0,266
0,025
5,15±0,11
0,842 0,157
0,710
0,265
0,025
5,36±0,25
0.245
0,570
0.370
0.060
6,69±0,11
0,158
0,709
0,266
0,025
6,30±0,34
0,187
0,661
0,304
0.035
6,25±0,21
0,197
0,647
0,313
0,040
6,41±0,22
0,020
6
0,030
5
0,025
5
0,025
12
0,755
0,060
5
0,842
0,025
7
0,813
0,035
8
0,803
0,040
Величина ПДК (мг/кг)
6,0
В результате эксперимента выявлено, что в придорожной полосе
содержание свинца гораздо больше, чем на склоне горы и превышает ПДК в
позиции 1 примерно на 7 %.
Махровость цветка Лютика едкого наблюдается в результате мутации. В
среднем на каждые 200 штук приходится 8 махровых цветков у придорожной
полосы, которая больше поражена выхлопными газами автотранспорта. На
загрязненной территории махровость цветка Лютика едкого на 1,5 % выше, чем
на склоне горы.
Наличие гена махровости у Лютика едкого, заключается в том, что он
растет в придорожной полосе, где интенсивное движение автотранспорта.
Список использованных источников
1. Алексеев С.В. Практикум по экологии. Москва АО МДС 1996г.
2. Бородин П.М. Этюды о мутантах. М.: «Знание», 1983. - 109 с.
3. Мотузова Г.В. Принципы и методы почвенно-геохимического мониторинга.
– М.: Изд-во МГУ, 2006. 95 с.
4.Трифонов К.И. Физико-химические процессы в техносфере / К.И. Трифонов,
В.А. Девисилов.- М.: Форум-Инфра_м, 2007.- 239 с.
5.Трошина А.И. Методическое пособие к проведению полевой практики по
генетике. – Тобольск: ТГПИ им. Д.И. Менделеева, 2004. – 74 с.
6.ГОСТ
Р
51105-97.
Топлива
для
двигателей
внутреннего
сгорания.
Неэтилированный бензин. Издание с Изменением № 1,2,3,4; ИУС N10-99, N72000, N6-2004, N3-2005, дополнением ИУС N5-2009
7. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм
тяжелых металлов и токсичных элементов (Сu, РЬ,Zn, Вi, Аg, Fе, Sе, Со, Ni, Аs,
Cd, Нg, Мn) в почвах, грунтах, донных отложениях и осадках сточных вод
методом инверсионной вольтамперометрии.