НАУЧНОЕ ОБЩЕСТВО УЧАЩИХСЯ ГИМНАЗИИ №4
КОМПЬЮТЕРНЫЙ ОПРЕДЕЛИТЕЛЬ
ЛИШАЙНИКОВ
Выполнили:
Добровидова Ольга, 11 класс
Федорова Ольга, 11 класс
Научные руководители:
Игнатьева Л.Л., учитель биологии гимназии №4
Научный консультант:
Пахарькова Н.В., к.б.н., доцент кафедры экологии КрасГУ
КРАСНОЯРСК 2004
ПЛАН
Введение 3
Глава 1. Обзор литературы. 4
Глава 2. Район, методика и объекты исследования. 7
глава 3. компьютерный определитель. 9
список литературы: 13
Введение
В последнее время в связи с повсеместным антропогенным изменением окружающей среды все более актуальными становятся вопросы изучения и охраны природы. Мы занимаемся исследованиями лишайников, т.к. это очень интересная и своеобразная группа растений, обладающая специфическими свойствами, но, к сожалению, малоизученная. На сегодняшний день желающие изучать лишайники могут довольствоваться только энциклопедиями, содержащими общие теоретические сведения, и определителями со сложным ключом определения, неудобными в использовании.
Таким образом, целью нашей работы явилось создание компьютерного определителя лишайников, сочетающего удобную систему определения и теоретический материал. В связи с этим были поставлены следующие задачи:
Сфотографировать и определить типичные виды лишайников, обитающих в заповеднике «Столбы»;
Составить морфологические описания этих видов, разработать определительный ключ, основанный на морфологических признаках;
Все данные в электронном виде внести в компьютерную базу данных.
Глава 1. Обзор литературы.
Тело лишайника, называемое талломом, или слоевищем, образовано водорослью и грибом. Водорослевая "часть" (обычно это зеленые, реже - синезеленые водоросли) создает в процессе фотосинтеза органические вещества. Грибная "часть" - в основном из класса сумчатых грибов - создает каркас слоевища. Таким образом, гриб получает от водоросли органические вещества, а взамен предоставляет ей убежище от неблагоприятных внешних воздействий - иссушения, перегревания и др. Кроме того, гриб обеспечивает водоросль водой с растворенными в ней минеральными солями, которые он поглощает из окружающей среды. Таким образом, между двумя сросшимися организмами складывается своего рода "взаимовыгодное сотрудничество" - симбиоз. Лишайники растут буквально повсюду и на чем угодно. Напочвенные, или эпигейные, предпочитают главным образом малоплодородные почвы в тундрах, лесах, степях и пустынях. В Арктике и в горах большую роль играют эпилитные лишайники. Эти "первопроходцы" обживают безжизненные камни и скалы и десятилетиями создают тонкий слой почвы, на котором позже смогут прижиться другие растения. Эпифитные лишайники, подобно тропическим орхидным или бромелиевым, селятся на деревьях и кустарниках. При этом одни выбирают листья, другие - кору стволов и ветвей, а третьи - обнаженную древесину. Небольшая, но очень своеобразная группа объединяет водные лишайники, которые всю жизнь или большую ее часть проводят под водой. Некоторые виды освоили и совсем, казалось бы, неподходящие местообитания: металлические стволы старых пушек, оконные стекла и фарфор, стены построек и черепицу крыш, картон и кожу, войлок, линолеум и многое другое. Разнообразен и внешний вид этих растений. Различают три типа. Накипные представляют собой корочку, столь прочно сросшуюся с основой (субстратом)- корой деревьев, камнями или поверхностью скал, - что ее невозможно отделить, не повредить. Листоватые лишайники похожи на крупные чешуи или пластинки, которые прикрепляются к субстрату с помощью особых пучков грибных гиф и довольно легко от него отделяются. У кустистых лишайников таллом состоит из "веточек", часто со многими отростками: как правило, это прямостоячие "кустики", как у многих растений из рода кладония (Cladonia),или свисающие вниз со стволов и ветвей деревьев "бороды" - как, например, у уснеи (Usnea barbata).
Из многих химических соединений, обнаруженных в лишайниках, около 300 не встречаются больше нигде. В медицине и ветеринарии эти так называемые лишайниковые кислоты используют как антибиотики (например, устиновая кислота), а в парфюмерной промышленности производстве духов и одеколонов - как ароматические вещества и фиксаторы запахов. Лишайники очень чувствительны к загрязнению воздуха и погибают при большом содержании в нем угарного газа, соединений серы, азота и фтора. Степень чувствительности у разных видов не одинакова, поэтому их можно использовать в качестве живых индикаторов чистоты окружающей среды. Такой метод был назван лихеноиндикацией (от греч. "лихен" - "лишайник"). По составу лишайников с помощью разработанных шкал и формул определяют концентрацию в воздухе различных загрязняющих веществ. Некоторые лишайники можно употреблять в пищу. В Японии, например, считается деликатесом гирофора съедобная (Gyrophora esculenta) - растущий на скалах листоватый лишайник. Давно известна под названием "лишайниковая манна" аспицилия съедобная (Aspicilia esculenta), образующая своеобразные "кочующие" шаровидные комочки в степях, пустынях и засушливых горных областях. Ветер иногда переносит эти шарики на большие расстояния. Не отсюда ли возникло библейское предание о "манне небесной", ниспосланной Богом евреям, странствовавшим по пустыне на пути из египетского рабства? А в самом Египте эвернию шелушащуюся (Evernia furfuracea) добавляли в выпекаемый хлеб, чтобы придать ему особый неповторимый аромат.
Образовательная программа РФ по биологии предусматривает изучение лишайников в шестом классе. Но этой теме уделяется очень мало внимания, хотя интерес к лишайникам благодаря их необычной природе возрастает. К сожалению, до сих пор ощущается огромный недостаток в пособиях и определителях по этим растениям, особенно на русском языке. Существующие определители недоступны для школьника с минимальными познаниями в лихенологии. Поэтому очень остро стоит проблема создания доступного и удобного в использовании определителя самых распространенных видов лишайников.
Например, в «Определителе лишайников средней полосы европейской части СССР» (Н. С. Голубкова; Л.-254с, ил.) очень сложный ключ, нужно обладать большими познаниями в лихенологии, чтобы им воспользоваться. Написано, что «определитель рассчитан на широкий круг пользователей - ботаников, геологов, почвоведов, преподавателей вузов и школ, студентов и учащихся средних школ, краеведов и вообще любителей природы» обычный школьник не может им воспользоваться. Сибирской части России многие виды, описанные в этом определителе, несвойственны, а определителя лишайников Сибири нет. Также в определителе есть вкладыш с черно-белыми иллюстрациями, которые не могут дать достаточно полного представления о морфологии того или иного вида лишайников.
В имеющихся энциклопедиях представлена общая характеристика лишайников, информация об их анатомии и морфологии и использовании в биоиндикации. Однако там нет ключа для определения вида лишайника, а, следовательно, информация носит чисто теоретический характер и подходит скорее для написания рефератов, чем для практического использования.
Особенность нашего определителя в том, что ключ для определения дополнен теоретическими сведениями. Это позволяет пользователю получить более полную информацию о лишайниках как о своеобразной группе комплексных организмов.
Глава 2. Район, методика и объекты исследования.
Район исследования - заповедник «Столбы». Заповедник расположен на правобережье Енисея в нескольких километрах от города Красноярска. Здесь находятся истоки притоков Енисея – Базаихи, Маны, Малой и Большой Слизневой. Территория заповедника вытянута с северо-запада на юго-восток, постепенно расширяясь от 12 км до 24 км. Площадь заповедника 47,2 тыс. га.
Учитывая интересы горожан, в эстетическом районе «Столбов» выделена экскурсионно-туристическая зона площадью 1,3 тыс. га. Однако эта мера не снимает проблемы антропогенного влияния на природу заповедника. Оно связано, прежде всего, с изменением общей экологической ситуации большого города и его окружения, а также экологическим воспитанием населения.
Территория заповедника расположена на северо-западных отрогах Восточного Саяна в пределах Куйсумских гор (Красноярского хребта), образовавшихся около 400 млн. лет тому назад (в каледонскую складчатость) и возрожденных несколько миллионов лет до нашей эры (в третично-четвертичный период).
Рельеф низкогорный, сильно расчлененный, сложенный древними породами с сиенитовыми интрузиями.
Климат заповедника определяется его географическим положением почти в центре огромного азиатского материка. Большое влияние на климат оказывают высота места, экспозиция склонов, от чего зависит распределение тепла и влаги.
Средняя годовая температура центральной части «Столбов» - 1,2°С, что на 2,1°С ниже, чем в Красноярске, средняя температура января – -17,6°С, на один градус теплее, чем в городе, а средняя июля – 16,2°С, на 3,8°С ниже, чем в городе.
Общее количество осадков за год – 530 мм, а в городе – 338 мм.
На территории заповедника выделяются два растительных пояса: нижний в пределах 200-500 м н.у.м. и верхний выше 500 м (500-800 м).
Нижний пояс граничит с красноярской лесостепью, особенно на склонах южной экспозиции. Лесообразующими породами являются сосна и лиственница, а в местах порубок и пожаров – береза и осина.
В верхнем поясе на хорошо развитых почвах преимущественно елово-пихтовые леса, а на маломощных щебнистых почвах – сосняки-брусничники, сосняки-черничники.
По долинам рек, речек и ручьев – приручейная елово-пихтовая тайга. На территории заповедника есть сибирская липа – реликт третичной флоры.
Методика исследования. Для знакомства с видами лишайников производился сбор на территории заповедника «Столбы», в отрогах Западного Саяна. Для сбора лишайников использовалось обычное оборудование, применяемое для гербаризации растений и, кроме того, нож для срезания со стволов деревьев тонких кусочков коры с прикрепленными к ней эпифитными лишайниками, картонные коробки разных размеров, мягкая бумага, вата для завертывания некоторых образцов, шпагат или нитки, простой карандаш, бумага для этикеток. Собранные лишайники упаковывались на месте в заранее заготовленные пакеты (конверты) таким образом, чтобы в одном пакете хранились лишайники только из одного местообитания. Собранные лишайники высушивались на воздухе.
Затем проводилось определение вида лишайника и составлялось его морфологическое описание с использованием специально разработанного ключа. Для определения использовался «Определитель низших растений» (Комарницкий Н.А., Томин М.П., Красильников Н.А.; т. 5. М., «Советская наука». 1960 г.).
Высушенные и определенные лишайники наклеивались на плотную гербарную бумагу и укладывались в коробки для дальнейшего хранения.
Объекты исследования. В качестве объектов исследования были выбраны эпифитные и эпигейные лишайники, обитающие в Красноярском крае. Всего было определено и описано 26 видов:
Pseudoevernia furfuracea
Cetrelia cetrarioides
Vulpicida juniperina
Xantoria candelaria
Peltigera leucophlebia
Peltigera canina
Parmelia sulcata
Hypogymnia tubulosa
Cladina stellaris
Cladina rangiferina
Cladina arbuscula
Cladonia amaurocraea
Cladonia coniocraea
Lobaria scorbicularia
Lobaria retigera
Physcia aipolia
Physcia adscendens
Heterodermia speciosa
Melanelia olivacea
Flavopunctelia soredica
Hypogymnia bitteri
Hypogymnia physodes
Peltigera erumpens
Peltigera malacea
Evernia mesomorpha
Usnea longissima
При определении лишайников мы столкнулись с большими трудностями. Необходимо производить очень тонкие срезы, долго работать с микроскопами, использовать достаточно сложные дихотомические ключи. глава 3. компьютерный определитель. На основе собранных нами материалов мы создали компьютерный определитель лишайников. С ним можно работать как в режиме просмотра (окно «Энциклопедия»), так и в режиме поиска (окно «Определитель»). Кроме этого, в определителе содержится базовая информация об анатомии и морфологии лишайников и их применении человеком. В режиме просмотра предлагается список всех видов лишайников базы данных с фотографиями. При желании можно получить подробную информацию с большой фотографией, нажав на кнопку «Сведения». В режиме поиска можно определить вид лишайника, задав ключевые параметры, такие как субстрат и форма роста, и некоторые дополнительные параметры. Pseudoevernia furfuraceaСубстрат: кора и ветви живых деревьев. Форма роста: кустистый. Строение кустистого слоевища: дорсовентральное Верхняя поверхность: а) Цвет: серый б) Вегетативное размножение: изидии Нижняя поверхность: а) Цвет: в центре черный, по краям - светлый. б) Органы прикрепления: псевдогомф Physcia aipoliaСубстрат: кора деревьев Форма роста: листоватый Ширина лопастей: узколопастной Верхняя поверхность: Цвет: голубовато-серый Вегетативное размножение: нет Репродуктивное размножение: апотеции Другие структуры: нет Сердцевина: белая Нижняя поверхность: Цвет: белый Органы прикрепления: белые ризины Кора: есть Также в определителе есть глоссарий, в котором даны определения использованных терминов. Таким образом, определителем может пользоваться как человек, знакомый с лишайниками, так и новичок. ГлоссарийАпотеций – плодовое тело лишайника. Гомф – прикрепительная пластинка. Это наиболее мощный орган прикрепления (диаметром ок. 1 см) Дорсовентральное – слоевище плоское, нижняя поверхность отличается от верхней. Изидии – выросты в виде цилиндриков или маленьких лопастинок на верхней поверхности лишайника. Эти выросты сверху покрыты корой. Они обламываются и вырастают в лишайники. Псевдогомф – орган прикрепления кустистых лишайников, растущих на ветвях деревьев. Псевдоцифеллы - белые пятна на верхней поверхности. Пикнидии - чёрные точки на верхней поверхности Подеций – слоевище (только у Cladina и Cladonia) Радиальное – это такое строение слоевища, когда ствол со всех сторон одинаков. Ризина – вырост нескольких клеток из сердцевины и коры. Это более сильный орган прикрепления. Почти у всех листоватых лишайников. Ризоид – вырост одной грибной клетки сердцевинного слоя. Это “тонкая ниточка”, образующая пушок. Это наиболее слабый орган прикрепления. Слоевище – тело лишайника. Сорали – это скопления соредиев. Они бывают: • краевые • бороздчатые • шлемовидные • пятнистые • головчатые • губовидные Соредии - маленькие тельца на верхней поверхности лишайника, состоящие из клеток водоросли, которые рыхло опутаны гифами. Цефаллодии – тела на верхней поверхности, содержащие водоросли другого типа (NOSTOC), которые фиксируют азот из воздуха. База данных нашего определителя содержит описания около 50 видов лишайников, составленных по разработанному в ходе исследования ключу. В нем лишайники последовательно разбиваются на группы по их отличительным признакам. Субстрат:
кора и ветви живых деревьев
гниющая и замшелая древесина
почва в тундре и северных лесах
камни
Листоватый
|
Кустистый
|
Ширина лопастей
Верхняя поверхность
Цвет верхней поверхности
Структура верхней поверхности
Вегетативное размножение
Генеративное размножение
Другие структуры верхней
поверхности
Цвет сердцевины
Структура сердцевины
Нижняя поверхность
Цвет нижней поверхности
Структура нижней поверхности
Органы прикрепления
Другие структуры нижней
поверхности
Кора нижней поверхности
|
Тип слоевища
Дорсовентральное слоевище:
Ширина лопастей
Цвет верхней поверхности
Вегетативное размножение
Генеративное размножение
Цвет апотециев
Другие структуры
Радиальное слоевище:
Слоевище
Цвет слоевища
| В определителе весь материал сопровождается фотографиями описываемых видов, т. е. при определении вы можете сравнить ваш лишайник с фотографией возможного вида. В данный момент идет разработка второй версии «Определителя» с более полной базой данных и расширенным ключом поиска. В версию 2.0 будет также внесено очень важное дополнение: теперь пользователь программы сможет самостоятельно дополнять базу данных с помощью специальной формы (сейчас для этого требуется помощь программиста). Это позволит оптимизировать работу с программой и в дальнейшем облегчит ее обновление. Выводы
В ходе исследования был разработан уникальный не дихотомический ключ определения вида лишайника, который значительно облегчает и ускоряет процесс определения вида и позволяет работать с определителем даже новичкам.
На территории заповедника «Столбы» было собраны, определены и описаны типичные виды лишайников, на основе чего составлена база данных компьютерного определителя лишайников
Представленный нами компьютерный определитель лишайников может быть использован на уроках биологии, а также ученики могут самостоятельно повышать свой уровень знаний по лихенологии, т.к. работать с компьютером интересно, и материал запоминается легко.
Компьютерные определители позволяют сохранить окружающую среду, т.к. не требуют использования натурального материала.
список литературы:
Определитель лишайников средней полосы европейской части СССР; Н. С. Голубкова; Л.-254с, ил.; 1966 г.
Лихеноиндикация. Учебное пособие; М.В. Кравченко; М.– 41 с. 1999 г.
Жизнь растений. В 6-ти т. Гл. ред. чл.-кор. АН СССР, проф. Ал. А. Федоров. Т. 3. Водоросли. Лишайники. Под ред. проф. М. М. Голлербаха. - М., «Просвещение», 1977
Первопоселенцы (лишайники и мхи).- Новосибирск, 1997г.-58с.[2]л. илл.: ил.
Определитель низших растений; Комарницкий Н.А., Томин М.П., Красильников Н.А.; т. 5. - М., «Советская наука», 1960 г.
Биология. 6 кл. Бактерии, грибы, растения; Пасечник В. В; Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. - 3-е изд. – М., «Дрофа»- 272 с., ил.; 1999г.
Анатомия, морфология и систематика лишайников. Учебное пособие.; М. В. Кравченко. - М., 1999г.
Экологические аспекты изучения лишайников. Учебное пособие.; М. В. Кравченко. – М., 1998г.
Малый практикум по ботанике. Лишайники.; Ю. П. Солдатенкова; М., МГУ – 1977г.
Экологический словарь.; М., Конкорд Лтд, Экопром, 1993г.
|
