Семена Syringa vulgaris L. как возможный объект фитоиндикационных исследований урбосреды г. Оренбурга

Полный текст

Введение

Озеленение городов увеличивает разнообразие растительности и напрямую влияет на экологические функции городских систем. Ввиду глобальной урбанизации экология восстановления приобретает особое значение. Ее целью является возвращение деградированных урбоэкосистем к разнообразным, функциональным экосистемам [1].

Урбанизация представляет собой доминирующую и растущую форму нарушения естественных экосистем, влияющую на биоразнообразие в глобальном масштабе. Глобализация процесса приводит к различным изменениям в окружающей среде таким как увеличение содержания CO₂ в атмосфере, сосредоточение большого количества тепла, выбросы огромного количества поллютантов в окружающую среду [2, 3].

Таким образом растения, произрастающие в городской среде и являющиеся биологическими фильтрами, испытывают значительные нагрузки ввиду антропогенного влияния. Разные виды растений по-разному реагируют на меняющиеся условия ввиду различной экологической пластичности. Одни обладают сниженным адаптационным потенциалом и подвержены различным повреждениям, другие более выносливы, и их устойчивость объясняется выработкой ряда адаптивных механизмов для перенесения неблагоприятных условий [4]. Однако, влияние среды вызывает изменения в морфологии и биологии таких видов, как ответ на фактор среды, поэтому такие растения могут использоваться в качестве объектов фитоиндикационных исследований.

Сирень обыкновенная (Syringa vulgaris L.) широко распространена в городских посадках по всей территории России. Вид обладает широкой экологической пластичностью, что позволяет использовать его в качестве объекта фитоиндикационных исследований. Ряд авторов предоставляют исследования, показывающие реакцию данного вида растений на антропогенное загрязнение на основе флуктуирующей асимметрии листовых пластинок [5, 6], биометрических параметров побегов [7].

Ранее проведенные нами исследования [8] по оценке возможностей использования S. vulgaris в качестве фитоиндикатора атмосферного загрязнения показали, что данный вид реагирует на изменение состава атмосферного воздуха изменением морфометрических показателей листовых пластинок, способностью к адсорбции и накоплению тяжелых металлов и др. [9].

Вопрос о влиянии атмосферного загрязнения на репродуктивные способности данного вида растений освещен в литературе отрывочно. Имеются данные по оценке уровня антропогенного загрязнения на основе определения степени фертильности пыльцевых зерен сирени [10].

Цель исследования — изучение биометрических параметров, лабораторной и грунтовой всхожести семян S. vulgaris, произрастающей в зонах с повышенной антропогенной нагрузкой, в сравнении с данными показателями в «условно» чистой зоне.

Задачи исследования:

1)   определить степень изменчивости морфометрических параметров семян S. vulgaris, произрастающей вблизи крупных транспортных артерий на территории четырех административных районов г. Оренбурга, в сравнении с «условным» контролем;

2)   оценить лабораторную и грунтовую всхожесть семян S. vulgaris, собранных в зонах с повышенной антропогенной нагрузкой и зоне «условного» контроля.

Материалы и методы исследования

Объект исследования — семена Syringa vulgaris L.

S. vulgaris активно используется в озеленении, распространена на территории г. Оренбурга повсеместно. Сбор семян производился на территории четырех административных районов в сентябре после полного их созревания. Отбор проб проводился с кустов, произрастающих в непосредственной близости к крупным автомагистралям со стороны куста, обращенной к транспортному полотну. Точки сбора проб отмечены на карте (рис. 1).

Рис. 1. Карта административных районов г. Оренбурга с указанием точек сбора проб
Источник: составлено автором с использованием сервиса Yandex Maps

Fig. 1. Map of the administrative districts of Orenburg indicating sampling points
Source: compiled by the author using the Yandex Maps service

Проспект Гагарина, проспект Братьев Коростелевых, улица Терешковой — крупные транспортные артерии Ленинского, Промышленного и Центрального районов г. Оренбурга соответственно. Улица Брестская — транспортная артерия с высокой проходимостью автомобильного транспорта Дзержинского района г. Оренбурга. Все точки отбора проб расположены на проезжих частях со сложными экологическими условиями [11, 12]. Зауральная роща — точка сбора проб «условного» контроля. Расположена в черте города на значительном удалении от крупных автомагистралей.

Морфометрические параметры семян определяли с помощью линейки с точностью до 0,1 мм, лабораторную всхожесть — согласно ГОСТ 13056.6–97 [13].

Грунтовый посев проводили методом снегования в контейнерах, так как семенам сирени для получения хороших показателей всхожести необходима предварительная стратификация. Норма высева семян по 100 штук в 3 повторностях для каждой точки сбора [14].

Статистическая обработка данных сводилась к определению среднего значения данных морфометрии с вычислением стандартного отклонения и коэффициента вариации посредством программного обеспечения Statistica 6.0. Интерпретацию значений степени варьирования признаков биометрических систем листа и показателей всхожести семян по коэффициенту вариации в условиях техногенного загрязнения проводили согласно С.А. Мамаеву [15] с целью определения закономерности внутривидовой изменчивости. Уровни значений изменчивости интерпретировались от очень низкого (Cv до 7 %) до очень высокого (Cv > 40 %).

Результаты исследования и их обсуждение

При оценке биометрических параметров семян в точках сбора проб установлено, что длина и ширина семян сирени по Ленинскому, Центральному и Промышленному районам города практически одинаковы и составляют в среднем 1 см и 0,3 см соответственно (табл. 1).

Таблица 1. Морфометрия семян

Проба	Длина семени, см		Ширина семени, см
	Средняя	Cv , %	Средняя	Cv , %
Ленинский	1,1  ±  0,04	4	0,3 ± 0,02	5
Дзержинский	0,8 ± 0,03	3	0,3 ± 0,01	5
Центральный	1,0 ± 0,05	5	0,4 ± 0,02	6
Промышленный	1,1 ± 0,02	2	0,4 ± 0,01	3
Контроль	1,2 ± 0,03	3	0,4 ± 0,02	5

Table 1. Seed morphometry

Sample	Seed length, cm		Seed width, cm
	Average	Cv , %	Average	Cv , %
Leninsky	1,1 ± 0,04	4	0,3 ± 0,02	5
Dzerzhinsky	0,8 ± 0,03	3	0,3 ± 0,01	5
Central	1,0 ± 0,05	5	0,4 ± 0,02	6
Industrial	1,1 ± 0,02	2	0,4 ± 0,01	3
Control	1,2 ± 0,03	3	0,4 ± 0,02	5

В точке сбора проб контроля отмечен несколько больший размер семян в отличие от растений, произрастающих в зонах повышенной антропогенной нагрузки. Самые мелкие семена обнаружены в Дзержинском районе. Низкие значения коэффициента вариации по биометрическим параметрам позволяют констатировать факт незначительной изменчивости по данным признакам.

Статистически значимых различий биометрии семян сирени обыкновенной в различных точках отбора проб выявлено не было. Это позволяет предположить видовую специфичность по данным признакам у вида.

При проведении опыта по лабораторному проращиванию семян сирени первые всходы были обнаружены только на 18 день после начала опыта. Окончание лабораторного проращивания по ГОСТу 13056.6–97 приходится на 20‑й день после закладки опыта. К этому дню в чашке Петри находилось большое количество набухших, но еще не проросших семян S. vulgaris. Вывод: семенам этого вида при лабораторном проращивания требуется большее количество дней, чем определено ГОСТом 13056.6–97. Такая особенность прорастания семян сирени уже отмечалась как нами, так и другими авторами в более ранних исследованиях [14, 16]. Это объясняет значительно меньшие показатели лабораторной всхожести в сравнении с грунтовой в настоящем исследовании.

Наиболее высокие показатели лабораторной всхожести семян сирени мы отметили в точке сбора проб условного контроля — 39 % (табл. 2).

Таблица 2. Всхожесть семян

Проба	Грунтовая, %		Лабораторная, %		Класс качества
	Средняя	Cv	Средняя	Cv	Низкий
Ленинский	39 ± 3,6	9	12,2 ± 11,3	11
Дзержинский	42 ± 12,0	29	17,3 ± 13,0	18
Центральный	41 ± 4,7	12	11,6 ± 14,5	23
Промышленный	48 ± 1,2	3	31,8 ± 19,2	31
Контроль	58 ± 2,0	6	39,3 ± 8,2	9

Table 2. Seed germination

Sample	Soil, %		Laboratory, %		Quality class
	Average	Cv	Average	Cv	Low
Leninsky	39 ± 3,6	9	12,2 ± 11,3	11
Dzerzhinsky	42 ± 12,0	29	17,3 ± 13,0	18
Central	41 ± 4,7	12	11,6 ± 14,5	23
Industrial	48 ± 1,2	3	31,8 ± 19,2	31
Control	58 ± 2,0	6	39,3 ± 8,2	9

Изменчивость данных параметров низкая при лабораторном проращивании, о чем свидетельствуют невысокие значения коэффициента вариации.

Худшие показатели лабораторной всхожести отмечены у семян, собранных с кустов сирени, произрастающих на территории Центрального и Ленинского районов г. Оренбурга (около 12 %). Повышенные коэффициенты вариации по всхожести в Ленинском районе обусловливают значительное варьирование проросших семян в пробах, взятых для проведения опыта. Следовательно, условия произрастания сирени в Центральном и Ленинском районах самые сложные.

Максимальное количество проросших семян сирени при грунтовом посеве, так же, как и при лабораторном проращивании, зарегистрировано у проб, собранных в точке контроля — 58 %. Всходы равномерны в каждой пробе, о чем свидетельствуют низкие значения коэффициента вариации.

Самые низкие показатели грунтовой всхожести регистрируются в пробах, собранных на территории Ленинского района. Проценты всхожести семян, собранных в Дзержинском и Центральном районах, практически одинаковы. Повышенные показатели C_v в Дзержинском районе свидетельствуют о неравномерной всхожести семян по пробам, отобранным для грунтового посева.

При совокупном сравнении показателей лабораторной и грунтовой всхожести семян сирени обыкновенной очевидным становится факт регистрации наиболее высоких показателей в точке контроля (рис. 2). Следовательно, растения сирени, произрастающие в Зауральной роще, испытывают меньшую техногенную нагрузку, что благоприятно сказывается на их репродуктивной способности.

Рис. 2. Сравнение показателей грунтовой и лабораторной всхожести семян сирени
Источник: составлено автором

Fig. 2. Comparison of indicators of soil and laboratory germination of lilac seeds
Source: compiled by the author

При комплексном анализе грунтовой и лабораторной всхожести наиболее высокие показатели регистрировали у семян сирени, собранных в Промышленном районе, значит, экологические условия здесь наиболее благоприятные. Среди трех других районов Центральный район является наиболее неблагоприятным, что напрямую влияет на показатели репродуктивной способности сирени. Дзержинский и Ленинский районы обладают сходными экологическими характеристиками.

Выводы

1. Репродуктивная система S. vulgaris реагирует на изменение качества среды в зависимости от места ее произрастания и может использоваться как показатель при проведении фитомониторинговых исследований.
2. Биометрические параметры семян S. vulgaris не являются показательными и не могут использоваться при оценке качества среды.
3. Информативны данные, полученные при лабораторном и грунтовом проращивании семян S. vulgaris. Установлено, что в более благоприятных условиях среды (контроль) всхожесть значительно выше, чем в условиях среды антропогенно измененной.
4. Установлено, что разные условия повышенной антропогенной нагрузки по-разному влияют на репродуктивную способность семян сирени. В условиях среды с меньшим загрязнением показатели всхожести, как лабораторной, так и грунтовой, выше. По результатам комплексной оценки всхожести, а следовательно, по степени антропогенного загрязнения среды, административные районы г. Оренбурга распределяются следующим образом (от наиболее «чистого»): Зауральная роща > Промышленный район > Дзержинский район > Ленинский район > Центральный район.

Об авторах

Наталья Михайловна Назарова

Оренбургский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: nazarova-1989@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7449-0378
SPIN-код: 1242-9420

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научной группы Ботанического сада

Российская Федерация, 460018, г. Оренбург, просп. Победы, д. 13

Список литературы

Дополнительные файлы