Спосіб визначення толерантності вищих рослин до техногенного хімічного забруднення навколишнього середовища

Спосіб визначення толерантності вищих рослин до техногенного хімічного забруднення, що включає збирання репродуктивного матеріалу в екологічно сприятливій і техногенній зонах, фіксацію репродуктивного матеріалу в оцтовокислому алкоголі (3:1) при 12-ти годинній експозиції, промивання його різними концентраціями спиртів, збереження в 80 % етиловому спирті в холодильнику, готування тимчасових давлених препаратів, підрахунок кількості фертильних і стерильних пилкових зерен, який відрізняється тим, що отримані дані для порівняння приводять до інтенсивних показників, визначають коефіцієнт чутливості при спонтанній і індукованій стерильності, вибудовують у таблицю дані, отримані експериментальним шляхом, визначають у стовпці конкретного показника (спонтанна фертильність і стерильність, індукована фертильність і стерильність, спонтанний і індукований коефіцієнти чутливості органів репродукції) мінімальну і максимальну величину цього показника серед зазначених видів рослин за формулою: aij - Bi a'ij = , де Ai - Bi 2 (19) 1 3 21281 4 томобільний транспорт, що підтверджується дотехногенній зоні, фіксацію репродуктивного матеслідженням забруднення почвогрунтів і снігу [Боріалу в оцтовокислому алкоголі (3:1) при 12-ти чаров В.Л., Иванов Ю.В. Эколого-геохимические годинній експозиції, промивання його різними конметоды оценки загрязненности атмосферы малых центраціями спиртів, витримку в 80% етиловому городов //Вестн. Воронеж. ун-та Сер. Геол.. -1997 спирті в холодильнику, готування тимчасових дав№ 4 –С.137-145]. При визначенні в грунті загальлених препаратів, підрахунок кількості фертильних ного змісту Co, Cr, Cu, Ni, Pb, Sr і Zn було виявлеі стерильних пилкових зерен і відрізняється тим, но підвищене акумулювання Pb, Ni, Cr, Cu і Zn у що отримані дані для порівняння приводять до грунті пришляхового узбіччя уздовж автостради, інтенсивних показників, визначають коефіцієнт що є наслідком великої інтенсивності автотрансчутливості при спонтанній і індукованій стерильнопорту [Moslehuddin A.Z., Laizoo S, Egashira К. сті, вибудовують у таблицю дані, отримані експеHeavy metal pollution of soils along three major риментальним шляхом, визначають у стовпці конhighways in Bangladesh //J. Fac Agr. /Kyushu Univ кретного показника (спонтанна фертильність і 1998 -42 -№3-4. P.503-508]. стерильність, індукована фертильність і стерильЗ забрудненого ґрунту й атмосферного повітря ність, спонтанний і індукований коефіцієнти чутлирізні полютанти проникають у рослинні організми і, вості органів репродукції) мінімальну і максимальяк правило чинять, свій негативний вплив на різні ну величину цього показника серед зазначених фізіологічні і генетичні процеси Однією із самих видів рослин і по формулі: фундаментальних систем у живому організмі є ' aij - Bi , де aij = репродуктивна, відповідальна за відтворення. ЧиAi - Bi сленні літературні дані свідчать про високу чутлиaij - показник і-тої рослини; вість репродуктивних органів, зокрема чоловічих, до аеротехногенного забруднення [Ибрагимова a'ij - перетворений показник Э.Э. Репродуктивные процессы у дикорастущих Bi - мінімальна величина в і-тім стовпці растений в нарушенных городских экосистемах (Вi=min aij); //Культура народов Причерноморья - №67. -2005 – Аі - максимальна величина в і-тім стовпці С.17-20]. (Ai=max a ij), Як найближчий аналог обрано спосіб оцінки обчислюють перетворений показник, після човпливу чутливості репродуктивних органів зокрема го заміняють у таблиці кожний показник на його чоловічих, до аеротехногенного забруднення, що перетворений показник, обчислюють перетворені виявляється в підвищеній продукції стерильного пилка [Ибрагимова Э.Э. Влияние аэротехногенно' величини a'ij як доповнення кожного показника до го загрязнения среды на репродуктивные органы 1 по формулі: плодовых растений //Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернад' a'ij = 1 - a'ij , ського.- Серия "Биология, химия" –Т.19 (58) -2006 №1 –С.43-49]. замість усіх значень a'ij підставляють переНедолік відомого рішення - неостаточна його пропрацьованість для практичного застосування, ' творені величини a'ij , роблять обчислення для що знижує його ефективність. Виходячи з вищевикладеного, задачею даної кожної j-тої рослини узагальненого показника (Tj) по формулі: корисної моделі була розробка способу оцінки ступеня чутливості вищи х рослин до техногенного 1 n стресу, який був би ефективним, простим у застоT j = å bij , n i =1 суванні, доступним за ціною, давав би чіткі результати, дозволяв виявити толерантні до забрудненTj, - показник величини толерантності рослини; ня навколишнього середовища види рослин. bij - значення показників у перетвореній таблиСутність корисної моделі полягає в тім, що для ці; визначення толерантності рослин до техногенного n - число показників. хімічного забруднення використовуються такі поПо визначеній максимальній величині толераказники як спонтанна і індукована стерильність нтності (Tj) визначають максимально толерантний чоловічого гаметофіта репродуктивної системи до техногенного хімічного забруднення вид росдосліджування рослин, визначені експерименталинного організму. льним шляхом з використанням цитогенетичних Використання показника стерильності чоловітестів, а також розрахований на їхній основі коечого гаметофіта для визначення толерантності, фіцієнт чутливості органів репродукції. Для розрабезсумнівно, представляє великий науковий і хунку толерантності використовували такі показнипрактичний інтерес, тому що незважаючи на те, ки, як спонтанна фертильність стерильність, що репродуктивна система рослинного організму в індукована фертильність і стерильність, коефіцієнт нормі продукує життєздатний пилок високої якості чутливості органи репродукції, визначений по від(фертильну), якість і життєздатність пилкових зеношенню фертильних пилкових зерен до стерильрен здатна змінюватися або спонтанно, або під них по кожному варіанті дослідження. впливом різних агентів і хімічних речовин, що і Спосіб визначення толерантності вищих росслужить одним з показників дії цих агентів. лин до техногенного хімічного забруднення навкоПриклад конкретного виконання. лишнього середовища включає збір репродуктивЯк об'єкт дослідження використовують чоловіного матеріалу в екологічно сприятливій і чі репродуктивні органи різних культур, що фіксу 5 21281 6 ють оцтовим алкоголем на холоді і зберігають у фертильного пилка до загальної кількості стери80% спирті. Для цитогенетичного аналізу пильовильних пилкових зерен). ки роздавлюють у краплі спирту, забирають зайві Слід зазначити, що обрані для аналізу показтканини, пилок досліджуваних тест-культур офарники (спонтанна фертильність стерильність, індублюють йодним розчином Грама і готують давлені кована фертильність і стерильність, коефіцієнт препарати, на яких визначають кількість фертильчутливості органів репродукції), протилежні по них і стерильних пилкових зерен і по отриманим спрямованості деяких значень і не мають відповіданим розраховують коефіцієнт чутли вості (Ф/С) дну домірність для математичних розрахунків органів репродукції (відношення загального числа (таблиця. 1). Таблиця 1 Вихідні показники, використовувані в розрахунку величини толерантності (Tj) багаторічних рослин техногенної і екологічно чистої зон № Вид рослини Чим більше, тим гірше (1 група) Чим менше, тим гірше (2 група) Спонтанна Індукована сте- Спонтанна Індукована Спонтанний Індукований стерильність рильність стерильність стерильність коефіцієнт коефіцієнт чутливості чутливості 1. Абрикос звичайний 151 301 849 699 5,6 2,3 2. Алича 82 593 917 406 11,1 0,7 3. Вишня звичайна 113 365 887 635 7,9 1,7 4 Верба плакуча 180 492 820 508 4,5 1,1 5. Каштан їстівний 80 389 920 611 11,5 1,6 6. Клен гостролистий 20 129 980 871 48,5 6,7 7. Горіх волоський 41 411 959 589 23,7 1,4 8. Яблуня домашня 126 410 874 590 6,9 1,4 У зв'язку з цим, для визначення ступеня толерантності кожного з восьми досліджуваних видів рослин, була проведена наступна математична обробка даних. На першому етапі здійснювалося нормування зазначених показників по наступній формулі ' aij - Bi , де aij = Ai - Bi aij - показник і-тої рослини; a'ij - перетворений показник Bi - мінімальна величина в і-тім стовпчику (Вi=min aij); Аі - максимальна величина в і-тім стовпчику (Ai=max a ij) При цьому нормуванні всі показники приводяться до єдиної шкали вимірів в інтервалі [0-1] зі збереженням пропорційності розподілу величин на вихідних шкалах. Максимальні величини в стовпчиках приймають значення рівні одиниці, мінімальні - приймають значення рівні нулю. На другому етапі всі показники були розділені на дві групи. У першу груп у ввійшли показники, що характеризуються вираженням "чим більше, тим гірше", до яких відносяться спонтанна й індукована стерильність. До другої гр упи були віднесені показники протилежні показникам першої групи - "чим менше, тим гірше" - спонтанна і індукована фертильність, спонтанний і індукований коефіцієнти чутливості репродуктивної системи (таблиця 2). Таблиця 2 Перетворені показники толерантності вищих рослин № Вид рослини 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Абрикос звичайний Алича Вишня звичайна Верба плакуча Каштан їстівний Клен гостролистий Горіх волоський Яблуня домашня Чим більше, тим гірше (1 група) Чим менше, тим гірше (2 група) Спонтанна Індукована Спонтанна Індукована Спонтанний Індукований стерильність стерильність стерильність стерильність коефіцієнт коефіцієнт чутливості чутливості 0,819 0,371 0,181 0,630 0,025 0,267 0,387 1,000 0,606 0,000 0,150 0,000 0,581 0,509 0,419 0,492 0,077 0,167 1,000 0,782 0,000 0,219 0,000 0,067 0,375 0,560 0,625 0,441 0,159 0,150 0,000 0,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,131 0,608 0,869 0,393 0,436 0,117 0,662 0,605 0,337 0,369 0,054 0,117 7 21281 Усі показники в стовпчиках другої групи були перетворені по наступній формулі: ' a'ij = 1 - a'ij , і замість усіх значень a'ij підставляємо пере' творені величини a'ij . На третьому етапі - проводилось обчислення для кожного j-того виду рослин узагальненого показника толерантності (Tj) по формулі: 8 Tj = 1 n å bij , n i =1 Tj, - показник величини толерантності рослини; bij - значення показників у перетвореній таблиці; n - число показників. Проведені математичні операції дозволили визначити величину толерантності (Tj) для кожного з восьми розглянутих видів рослин, використовуваних у міських зелених насадженнях (табл.3). Таблиця 3 Перетв орені показники толерантності вищих рослин Чим більше, тим гірше (1 група) № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Чим менше тим гірше (2 група) Величина СпонтанСпонтанна Індуков ана Індуков аний толерантнос- Місце Індуков ана Спонтанна ний коефіті (Tj) стерильфертилькоефіцієнт стерильність фертильність цієнт чутність ність чутлив ості лив ості Абрикос зв ичайний 0,819 0,371 0,819 0,370 0,975 0,733 0,511 4 Алича 0,387 1,000 0,394 1,000 0,850 1,000 0,579 2 Вишня зв ичайна 0,581 0,509 0,581 0,508 0,923 0,833 0,492 5 Верба плакуча 1,000 0,782 1,000 0,781 1,000 0,933 0,687 1 Каштан їстів ний 0,375 0,560 0,375 0,559 0,841 0,850 0,445 6 Клен гостролистий 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 8 Горіх в олоський 0,131 0,608 0,131 0,607 0,564 0,883 0,365 7 Яблуня домашня 0,662 0,605 0,663 0,631 0,946 0,883 0,542 3 Вид рослини Вивчені види рослин по фактору толерантності (стійкості) до техногенного навантаження розташувалися в наступний ряд: верба плакуча >алича >яблуня домашня >абрикос звичайний >вишня звичайна >каштан їстівний >горіх волоський >клен гостролистий. У результаті проведеного ранжирування найбільше високотолерантними до техногенного хімічного забруднення навколишнього середовища виявляються рослини з Tj>0,6: верба плакуча (Tj=0,687), що, очевидно, можна рекомендувати до використання в міських зелених насадженнях. Рослини з показниками толерантності, що укладаються в межі Tj від 0,3 до 0,6 можна віднести до групи толерантних рослинних організмів, такі як алича (Tj=0,579), яблуня домашня (Tj=0,542), абрикос звичайний (Tj=0,511), вишня звичайна (Tj=0,492), каштан їстівний (Tj=0,445), горіх волоський (Tj=0,365). Види, що попадають у межі нижче Tj=0,3, очевидно, є дуже чуттєвими до техногенного навантаження і можуть використовува тися для фітоіндикації якості навколишнього середовища, їх можна віднести до групи індикаторних, у нашому дослідженні - клен гостролистий (Tj=0,000). Виходячи з вище сказаного, можна прийти до висновку, що інтегральна оцінка толерантності Комп’ютерна в ерстка Л.Литв иненко рослин до техногенного хімічного забруднення середовища показала ефективність даного способу для визначення ступеня толерантності і чутливості вивчених видів рослин. Отже, запропонований спосіб оцінки стійкості рослин, може бути використаний для розрахунку величини толерантності до забруднення навколишнього середовища в техногенних районах. Даний показник дозволяє проводити ранжирування досліджуваних рослин по ступені їхньої толерантності по запропонованій шкалі з метою виявлення найбільш стійких видів, а також виявлення індикаторних гр уп рослинних організмів. Отримані дані свідчать про те, що запропонований метод може бути з успіхом застосований у рослинництві, сільськогосподарському виробництві, агроекологічних і гігієнотоксикологічних дослідженнях. Запропонований спосіб визначення толерантності рослин з використанням комбінованих методів математичного і цитологічного аналізів може бути використаний в екологічному моніторингу об'єктів навколишнього середовища, що відчувають антропогенне навантаження, тому що є економічно вигідним, досить швидким у виконанні, що дає чіткі результати. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601