Мониторинг растительного покрова на примере

Министерство образования и науки Российской Федерации
Бирский филиал федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
«Башкирский государственный университет»
факультет биологии и химии
кафедра химии и методики обучения химии
МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
НА ПРИМЕРЕ ЛЮТИКА ЕДКОГО (RANUNCULUS ACRIS L.)
С. БАЙКИ КАРАИДЕЛЬСКОГО РАЙОНА РБ
Выполнила: Кабирова Лиана Рустамовна
Научный руководитель: канд. хим. наук, доцент
Лыгин Сергей Александрович
Бирск 2012
АКТУАЛЬНОСТЬ
выявить махровость
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.
2
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 (свинец),
оказывающего влияние на проявление гена
махровости.

3
ГИПОТЕЗА
Ген махровости у лютика
едкого встречается в
условиях загрязненности
окружающей среды
мутагенами, например,
свинец, который
аккумулируется в почве
придорожной полосы в
результате выбросов
выхлопных газов
двигателя внутреннего
сгорания.
4
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Царство: Растения
Отдел: Цветковые
Класс: Двудольные
Семейство: Лютиковые
Род: Лютиковые
Вид: Лютик едкий (Ranunculus acris L.)
5
УДИВИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЛЮТИКА ЕДКОГО
Обладает очень
сложным механизмом
отражения света для
привлечения
насекомых-опылителей
Свежая трава
лютика применяется
при невралгии.
Лютик — символ
могущества султанов
Османской империи.
Отвар лютика в Белоруссии
применяют при болезнях
печени, наружно — при
простуде, при зубной боли.
Препарат «Люцидин»
показал положительный
эффект при туберкулезе
легких.
В тибетской медицине
используют при асците, при
туберкулезе легких,
удушье, аритмии, запорах,
ожогах.
В Армении отвар травы
применяют при мастите,
при уплотнении
селезенки.
У эскимосов Аляски
применяют при грыже,
а также как пищевое и
слабительное средство.
6
ВИДЫ МУТАЦИИ РАСТЕНИЙ





изменения числа
лепестков;
нарушение числа
чашелистиков;
гофрированность
лепестков;
наличие или отсутствие
темных пятен на
оборотной стороне
венчика;
хлорофиллизация
цветка.
7
РЕГИОН ИССЛЕДОВАНИЯ
КАРАИДЕЛЬСКИЙ район расположен на
севере Башкортостана. Образован 20 февраля
1932 г. Пл. 3 786 км2, из них 2 347 кв. км.
занимают леса. В 99 населенных пунктах
проживает 28,3 тысяч человек. Из-за обилия
хвойных лесов, гор и Павловского
водохранилища, реки Уфа (с притоками рек
Юрюзань, Кирзя, Байки, Урюш) в народе район
называют «второй Швейцарией».
8
МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА
С. БАЙКИ КАРАИДЕЛЬСКОГО РАЙОНА
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.
Подсчет цветков проводился на
двух позициях: у дороги (поз. 1),
на склоне горы (поз. 2).
9
ПОЗИЦИЯ 1
S=3участка x100кв.м=300кв.м.
Расстояние от дороги 3м.
Изучено 600 экземпляров лютика едкого.
10
ПОЗИЦИЯ 2
S=3участка x100кв.м=300кв.м.
Расстояние от дороги 63м.
Изучено 600 экземпляров лютика едкого
11
ПРИЧИНА МУТАЦИИ
Содержание
свинца в
бензине
Накопление
в почве
Закон
Период
полураспада
• В недалеком прошлом топливо двигателя внутреннего
сгорания содержало в своем составе тетраэтилсвинец
Pb(CH3CH2)4, повышающий октановое число.
• Вблизи автострад с интенсивным движением транспорта в
почве может накапливаться до 1г свинца на 1кг почвы.
• На основании ГОСТ Р 51105-97 введен запрет
использования этилированного бензина в Российской
Федерации с 2009 года.
• Период полуудаления свинца составляет 740 – 5900 лет,
который является причиной мутации.
12
ЗАКОН ХАРДИ-ВАЙНБЕРГА
Частоту встречаемости гена махровости у
мутированных лютиков можно подсчитать используя
математическое выражение Харди-Вайнберга:
p2AA + 2pqAa + q2aa = 1
Частота генотипа
aa  q 2
AA  p 2
Aa  2 pq
13
АВТОРЫ ЗАКОНА
Годфри
Харолд
Харди
Английский математик, родился в
Кранли, графство Суррей. Изучал
математику в Кембриджском и
Оксфордском университете. Самую
большую известность принесли
совместные работы с Джоном
Идензором Литлвудом (1885–1977) и
позднее с индийским математикомсамоучкой Cриниваса Рамануджаном
(1887–1920), который работал клерком в
Мадрасе. В 1913 году Рамануджан
послал Харди список доказанных им
теорем. Признав гениальность юного
клерка, Харди пригласил его в Оксфорд,
и в течение нескольких лет,
предшествовавших безвременной
смерти Рамануджана, они опубликовали
серию блестящих совместных работ.
Вильгельм
Вайнберг
Немецкий врач, имевший большую
частную практику в Штуттгарте. По
воспоминаниям современников, помог
появиться на свет 3500 младенцам, в
том числе по крайней мере 120 парам
близнецов. На основании собственных
наблюдений над рождением близнецов
и переоткрытых генетических законов
Менделя пришел к выводу, что
предрасположенность к рождению
двуяйцевых (неидентичных) близнецов
передается по наследству.
14
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНА
ЗАКОН
ХАРДИВАЙНБЕРГА
в экологии позволяет
выявить влияние самых
разнообразных факторов
на популяции
в медицинской генетике
позволяет оценить
популяционный риск
генетически обусловленных
заболеваний
в селекции позволяет
выявить генетический
потенциал исходного
материала
15
На склоне горы (2)
В-1
Число растений
Вариант
Позиция
ЧАСТОТА ГЕНОВ И ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ ЛЮТИКА ЕДКОГО
И КОЛИЧЕСТВЕННОЕ СОДЕРЖАНИЕ СВИНЦА В ПОЧВЕ
1-200
Форма цветка
простая
махр-я
1-200
доля
1-200
196
4
200
194
6
195
5
195
1- 200
У дороги (1)
1-200
12
195
1- 200
5
193
200
7
192
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
0,755
0.245
0,570
0.370
0.060
6,69±0,11
0,842
0,158
0,709
0,266
0,025
6,30±0,34
0,813
0,187
0,661
0,304
0.035
6,25±0,21
0,803
0,197
0,647
0,313
0,040
6,41±0,22
0,035
8
0,960
2pqAa
(мг/кг)
0,025
0,965
∑ср.
р2AA
аа, q2aa
0,060
0,975
В-3
Аа,
0,025
0,940
В-2
АА,
0,025
5
188
а, qa
Pb
0,030
0,975
В-1
в популяции
0,020
0,975
∑ср.
в популяции
доля
0,970
В-3
Частота генотипов
А, рА
0,980
В-2
Частота генов
0,040
Величина ПДК (мг/кг)
6,0
16
аа, q2 аа
ЧАСТОТА ГЕНОТИПОВ В ПОПУЛЯЦИИ
0.07
0.06
Частота генотипов
в популяции аа,
q2aa Поз. 1
0.05
0.04
Частота генотипов
в популяции аа,
q2aa Поз. 2
0.03
0.02
0.01
0
В-1
В-2
В-3
вариант
∑ср.
17
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС «POLAR-4.0»
Программа предназначена для автоматического определения
содержания
тяжелых
металлов
методом
инверсионной
вольтамперометрии (ИВА) с применением комплекса ИВА-400МК.
Данная программа работает с компьютерным полярографом,
реализованный на базе датчика АКВ-07. Благодаря этому весь
процесс измерения автоматизирован.
18
(мг/кг)
СОДЕРЖАНИЕ СВИНЦА В ПОЧВЕ
7
6
5
Содержание Pb
(мг/кг) Поз. 1
4
Содержание Pb
(мг/кг) Поз. 2
3
2
1
0
В-1
В-2
В-3
∑ср. ПДК
вариант, ПДК
19
МАХРОВЫЕ ЦВЕТКИ
6 лепестков
7 лепестков
В результате эксперимента было установлено:
мутации подвержено 4,0 % цветков(позиция 1), и 2,5%
(позиция 2).
20
ВЫВОДЫ
- изучена частота генов и генотипов у лютика едкого, обитающего в
разных экологических условиях и выявлена причина появления мутации
цветка;
- произведен учет мутированных цветков по признаку махровости и
выявлено, что в позиции 1 махровость выражена сильнее в связи загрязненности прилежащей территории к дороге, с интенсивным движением
транспорта, где аккумулированы остатки свинца выхлопных газов;
- по формуле Харди - Вайнберга рассчитана частота генов и генотипов
у лютика едкого, обитающего в разных экологических условиях и
выявлено, что рецессивный ген махровости проявляется на 1,5% чаще, чем
на склоне горы;
- по результатам анализа почвы методом инверсионной вольтамперометрии ИВА - 400МК на количественное содержание свинца,
оказывающего влияние на проявление гена махровости, установлено
превышение ПДК в позиции 1 примерно на 7%.
21
МУНИЦИПАЛЬНЫЙ ЭТАП
Предлагаемое исследование автором было начато в 2011 году, что
позволило конкурсанту принять участие в муниципальном и
республиканском этапах олимпиады и конференции по экологии.
22
РЕСПУБЛИКАНСКИЙ ЭТАП
23
24