МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЛМЫКИЯ
МОБУ «Троицкая гимназия им. »
Конкурс: Юные исследователи окружающей среды
Номинация: «Ботаника и экология растений»
«Биологические особенности Сухоцвета однолетнего в условиях Центральной зоны Калмыкии»
Выполнила:Дукманова Даяна
ученица 11 класса МОБУ «Троицкая
гимназия» им.
359180 РК Целинный район с. Троицкое, ул. Пушкина, 23 «а».
Руководитель: , учитель биологии
с. Троицкое, 2016 г.
Содержание
Введение 3-4 стр.
1. Обзор литературы 4-5стр.
2. Физико-географическая характеристика района 6 стр.
3. Материал и методика 6-8 стр.
3.1. Определение фенологических фаз сухоцвета однолетнего 6 стр.
3.2. Морфологические адаптивные признаки сухоцвета однолетнего 7 стр.
4. Результаты исследования 8-9 стр.
Выводы 9 стр.
Заключение и перспективы работы 10стр.
Список литературы 11стр.
Приложение 12-17стр.
Введение
В мировом декоративном садоводстве (паркостроении, художественном оформлении населенных мест, интерьеров помещений и т. д.) используется более 5,5 тыс. травянистых и около 2 тыс. древесных видов растений. Есть много красиво цветущих растений, до сих пор еще не вошедших в озеленительный ассортимент. При оценке декоративности культур ведущая роль принадлежит качественным показателям, таким, как размеры и окраска цветка, изящество формы, аромат, пропорциональность частей, высота стебля, размеры и формы плодов и листьев. Даже такие количественные признаки как число цветков в соцветии, их размер, длина цветоноса и другие у декоративных растений рассматриваются с точки зрения декоративного эффекта, производимого растением в целом, и оцениваются в условных показателях. Кроме того, не менее существенным отличием декоративных растений от всех остальных сельскохозяйственных и других культур является наличие даже в пределах одной культуры весьма большого разнообразия по окраске (белые, красные и т. д.), форме цветка и соцветия (махровые, простые), высоте (высокие, бордюрные) и назначению (ландшафтное оформление, срезка, выгонка). (1)
Из естественной флоры Калмыкии ряд видов уже сейчас с успехом возделываются в качестве кормовых, имеются широкие возможности возделывания многих дикорастущих лекарственных и технических растений, а также растений, имеющих декоративное значение и пригодных для борьбы с эрозией. В декоративном оформлении улиц, площадей, скверов цветочные, травянистые растения играют немаловажную роль благодаря разнообразию форм, расцветок и продолжительности цветения. У нас в Калмыкии ассортимент декоративных культур не так велик, по словам главного агронома «Городского зеленого хозяйства» Балиева Николая Бембеевича. к посадке привлекаются гибридные культуры такие как петуньи, львиный зев, бархатцы, гацания и другие. "В выборе цветов мы отдаем предпочтение тем гибридным сортам, которые могут перенести наш засушливый климат, поэтому практически не меняем ассортимент клумб, - рассказывает Николай Бембеевич. Приходится и подсаживать в течение лета, и бороться с сорняками и болезнями-вредителями» (фото №2)
Однако, во флоре Калмыкии встречаются хорошо адаптированные, долго и красиво цветущие виды, которых можно успешно и без особых проблем использовать в озеленении приусадебных участков, городских газонов, клумб. К одним из таких видов относится Xeranthemum annuum– Сухоцвет однолетний.
В связи с этим целью нашей работы было:
изучение эколого-биологических особенностей дикорастущего, продолжительно и красиво цветущего сухоцвета однолетнего в центральной зоне Калмыкии.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. изучение фенологических фаз сухоцвета однолетнего;
2. провести морфометрический анализ вида в разных фазах онтогенеза;
3. проанализировать влияние недостатка влаги на растения.
I.Обзор литературы
1.1. Краткий очерк природно-климатических условий Калмыкии
Республика Калмыкия расположена в относительно разнообразных природных условиях. В ее пределах встречаются степи, полупустыни. На территории Калмыкии преобладает равнинный рельеф с определенными колебаниями высот от 28 до 220 м. равнинные территории обуславливают свободное перемещение воздушных масс, что способствует распространению однородных климатических условий. Климат Калмыкии резко-континентальный. Лето продолжительное и жаркое, с температурой, доходящей до +44С, а зима довольно суровая, хотя и неустойчивая. Весна короткая, с быстрым нарастанием температуры, падение же температуры в осенние месяцы более постоянное и медленное. Академик отнес территорию Калмыкии к зоне полупустынь, однако отрицательные последствия антпропогенных факторов последних десятилетий привели к опустыниванию значительной ее части. (4)
Природная флора Калмыкии представлена более, чем 1000 видами и 445 родами. Сравнивая численный состав флоры Калмыкии с аналогичными для всей территории восточного Предкавказья, можно заключить, что флора не отличается богатством видов и характеризуется чрезвычайной бедностью. Жизненные формы не отличаются значительным разнообразием. Преобладают травянистые растения. Они составляют 99,2%. На втором месте по численности видов стоят кустарники. Полукустарнички и кустарнички еще более бедны видами (полынь черная, полынь высокая, чабрец маршалов и т. д.). деревьев также очень мало. Из 20 видов большая часть культивируемые.
В настоящее время в Калмыкии заметное развитие получили искусственные насаждения, где в основном преобладают хвойные породы.
1.2. Механизмы адаптации растений к неблагоприятным условиям среды.
Xeranthemum annuum по требованию к почвенной и атмосферной влаге относится к экологической группе ксерофитов, которые без особого вреда для себя могут переносить более или менее длительное обезвоживание.
Согласно классификации жизненных форм, предложенных датским ученым-ботаником К. Раункиером, все растения различаются расположением почек возобновления, из которых развиваются органы растений (побеги, листья, цветы). Расположение почек возобновления характеризует приспособления растения к перенесению неблагоприятного для него времени года. В зависимости от расположения почек относительно земли или снежного покрова, все растения делятся на пять жизненных форм. Сухоцвет однолетний относится к терофитам, это растения, которые к зиме погибают полностью, а зимуют лишь их семена. В зависимости от жизненной формы, различные растения цветут в разные сроки.
Растения экологической группы ксерофитов в большинстве случаев имеют разнообразные приспособления к поддержанию водного баланса при недостатке почвенной и атмосферной влаги. Известным русским физиологом было показано, что структура листьев как правило изменяется в зависимости от их ярусности. Оказалось, что чем выше расположен лист, тем более в нем выражены определенные признаки: меньше клетки и величина устьиц, большее число устьиц и жилок на единицу поверхности листа, сильнее развита палисадная паренхима. Одновременно чем выше расположен лист, тем более высокой транспирацией и большей интенсивностью фотосинтеза он обладает. Указанные закономерности получили название закона Заленского. При изучении причин данного явления выяснилось, что оно является следствием худшего водоснабжения верхних листьев. Одновременно было показано, что у листьев растений, выращенных в более засушливых условиях, проявляются те же изменения, как и у листьев более верхнего яруса. В связи с этим совокупность названных анатомо-физиологических признаков получила название ксероморфной структуры. Растения, листья которых обладают ксероморфной структурой, более устойчивы к засухе. (3)
В настоящее время делаются попытки получения трансгенных растений, у которых в геном вводятся гены, кодирующие ферменты синтеза протекторных соединений, например, пролина. Наряду с селекционной работой предложены методы так называемого предпосевного закаливания растений к засухе. Было подмечено, что растения, перенесшие засуху, становятся более устойчивыми к обезвоживанию.
II. Физико-географическая характеристика района
Объектом исследования является однолетнее красивоцветущее стержнекорневое растение семейства астровые – Xeranthemum anuum–Сухоцвет однолетний. Изучались эколого-биологические особенности дикорастущего растения. Наблюдения велись с конца мая по сентябрь 2016 г. В полевых условиях учитывалось продолжительность возрастных этапов, фиксировались ростовые параметры (высота стебля, количество и размеры листьев и корзинок). В природе наиболее плотная популяция сухоцвета однолетнего наблюдалась нами в районе Соснового бора поселка Аршань. Поэтому мы их назвали Аршанскими популяциями. (фото №3). Сосновый бор - это вечнозеленый островок, разросшийся с площади в два гектара до нескольких десятков, украшает поселок Аршань. Созданный еще в 70-х годах прошлого века единственный в Калмыкии сосновый бор сегодня занимает площадь свыше 40 гектаров. Ранее он носил статус «памятника природы», но лишился его еще в 98 году, Кстати, как и должно быть в лесу, здесь есть и свои постоянные обитатели – зайцы, лисы и даже волки.
III.Материал и методика
Для исследования мы выбрали дикорастущий красиво и продолжительно цветущий вид Xeranthemum annuum. Цветение вида совпадает по времени с тем периодом, когда в Калмыкии отцветают не только все эфемеры, эфемероиды, но и абсолютное большинство степных видов. Определение фенологических фаз проводили под руководством (7, 8), в ходе выполнения использовалась методика полевого опыта по (9). Морфометрический анализ выборок (по 15 растений) в разные фазы онтогенеза провели по предложенной схеме. Средние параметры и размах изменчивости рассматриваемых Xeranthemum annuum сведены в табл.1-3. Описание полученных результатов представлено в соответствующих главах экспериментальной части. Наблюдения за онтогенезом велись с конца мая, когда появились проростки и до конца сентября, когда вегетация Xeranthemum annuum завершается. Корзинки Xeranthemum annuum в период полного цветения до 10-20 мм в диаметре и своим ярко - сиреневыми внутренними листочками – обертки, которые привлекают внимание со второй половины лета и до поздней осени. Родовое название сухоцвет как нельзя лучше подходит растению, так как корзинка с самого начала цветения теряет почти всю влагу и становится сухой. В таком виде корзинки могут простоять очень долго в сухих зимних букетах.
3.1. Определение фенологических фаз сухоцвета однолетнего
Изучение роста и развития Сухоцвета однолетнего. Этап проростка короткий, продолжительность его около недели. Первые настоящие листья у единичных растений отмечены 26 мая, а массовое появление настоящих листьев в конце мая. Это время следует считать началом ювенильного этапа. Для ювенильных растений характерна розеточная форма роста, так, высота их достигла в среднем 22,7 см (максимальная – 38 см), продолжительность ювенильного этапа составляет около 30 дней.
Имматурный период отмечается появлением боковых побегов, в среднем около четырех побегов первого порядка. Растения достигают до 30 см (максимальная – 54 см) (фото №5, табл. №1)
Генеративный период характеризуется появлением первых бутонов. Начало цветения отмечено в конце июня. Массовое цветение происходит с июля по начало августа. Количество цветущих корзинок на одном растении -2 (максимальное -3). Как правило, период цветения длительный 100-110 дней и более, сохраняется до конца сентября и начало октября. Первые плодоносящие корзинки отмечены на начало августа. Количество цветущих корзинок варьировало на одном растении от двух до пяти. В последующем количество плодоносящих корзинок постепенно увеличивалось. В результате исследований выявлено, что плоды сухоцвета однолетнего односемянные, с сухой плодовой оболочкой, опушенные простыми, вверх направленными волосками. Семена трудно отделяются от плодовой оболочки.
3.2. Морфологические адаптивные признаки сухоцвета однолетнего
Вегетативные органы сухоцвета однолетнего, такие как стебель и листья сильно опушённые, образуют устойчивый покров из кроющих волосков, которые снижают транспирацию и отражают солнечные лучи и тем самым, снижают нагревание побегов.
Приспособительные реакции к недостатку воды у растения затрагивают в первую очередь листья. Это транспирирующие органы, которые отличаются значительной пластичностью. У сухоцвета однолетнего листья целостные, узколанцетные, листья среднего яруса очередные, листья нижнего яруса собраны в прикорневой розетке.
I. Форма листовой пластинки. Определяется соотношением длины и ширины ее листовой пластинки. У сухоцвета однолетнего листья узколанцетные (фото №4, табл.№ 1-3)
II. Характер основания листа: с клиновидным с основанием.
III. Характер верхушки листа: остроконечные.
IV. Степень рассеченности листовой пластинки: цельные листья, так как вырезы листа по краю не достигают четверти ширины пластинки.
Линейные параметры и площадь листовой пластинки уменьшается от нижних к верхним листьям. Нижние листья собранные в розетку успевают накопить в подземных органах достаточное количество строительного материала и влаги за время относительного благоприятствования (до начала летней засухи). Для многих ксерофитов характерно погружение устьиц в ямки, так называемые крипты, в которых создается затишное пространство, а полость крипты заполнена волосками, как бы заткнута ватной пробкой. Это создает дополнительное препятствие для выхода водяного пара из листа. У Сухоцвета однолетнего на листьях крипты отсутствуют. (фото №6) Таким образом, у Xeranthemum annuum четко выражены многие ксероморфные признаки на морфологическом уровне. Это узкие, очень тонкие листья, на кожице которых много длинных простых волосков, что уменьшает испарение с поверхности листа. Общая площадь листьев незначительно и число листьев на побеге не велико. Это также позволяет виду экономно расходовать воду.
IV. Результаты исследования
табл. №1. Морфометрические показатели роста и развития Сухоцвета однолетнего (ювенильный этап - конец мая, min-opt-max)
Наименование | Высота надземной части, см | Количество листьев | Размеры листьев среднего яруса | Количество боковых побегов | |
длина, см | ширина, см | ||||
Растения Аршанской популяции | 11,5 – 22,7 -38 | 10 – 16 - 21 | 3 – 3,8 – 4,5 | 0,4 -0,5 – 0,7 | 1 – 2- 3 |
табл. №2. Морфометрические показатели роста и развития Сухоцвета однолетнего (начало перехода в генеративную фазу; середина июня)
Наименование | Высота надземной части, см | Количество листьев | Размеры листьев среднего яруса | Количество бутонов | Количество цветущих корзинок | |
длина, см | ширина, см | |||||
Растения Аршанской популяции | 27,8 – 29 - 54 | 16 -21 -24 | 2,6 -3,2 - 4 | 0,5 -0,6 – 0,9 | 1 -2 - 8 | 1 -2 -4 |
табл. №3. Морфометрические показатели роста и развития Сухоцвета однолетнего (цветение – плодоношение, август)
Наименование | Высота надземной части, см | Количество боковых побегов | Размеры листьев среднего яруса | Количество цветущих корзинок | Диаметр цветущих корзинок, см | |
длина, см | ширина, см | |||||
Растения Аршанской популяции | 38 – 56 - 79 | 3 - 5 - 6 | 2,6 – 3 – 3,7 | 0,4 – 0,5 – 0,7 | 2 – 4 - 7 | 2 – 4 - 5 |
Выводы
В результате изучения эколого-биологических особенностей сухоцвета однолетнего в условиях центральной зоны Калмыкии выявлено:
1. Сроки и продолжительность фенологических фаз и ростовые показатели следующие: этап проростка короткий 6-7 дней. Ювенильный этап продолжается около 30 дней.
2. Переход растений к генеративному состоянию происходит через 65 дней после прорастания семян. Ростовые процессы более интенсивны на начальных этапах развития.
3. Количество и размеры корзинок варьируют от двух до семи корзинок на одном растении, в диаметре в фазе полного цветения достигают 4-5 см.
4. Сухоцвет однолетний – типичный ксерофит, растущий на открытой местности в степной полосе, мы убедились, что засухоустойчивость следует понимать, как приспособительное свойство растений переносить глубокое увядание с наименьшим вредом не только для данного растения, но и для всей популяции в целом.
5. К ксероморфным признакам Xeranthemum annuum относим: небольшое число узких, очередное расположенных листьев. Листовая пластинка очень тонкая. Вся надземная часть, кроме генеративных органов, покрыта длинными простыми паутинистыми волосками. Названные признаки резко снижают транспирацию и способствуют экономному расходованию воды.
Заключение и перспективы работы
Декоративные культурные растения зачастую не выдерживают засушливых условий нашего региона. Поэтому использование представителей дикорастущей флоры с хорошо выраженными декоративными признаками приобретает особую актуальность. Xeranthemum annuum хорошо адаптирован к условиям нашей республики и способен в активном состоянии переносить значительную и продолжительную сухость воздуха и почвы, что несомненно играет важную роль в жизни растений. Xeranthemum eannuum по жизненной форме относится к терафитам, по экологической принадлежности – к склерофитным ксерофитам, обладает не только декоративными признаками, но и продолжительной фазой цветения, сдвинутый к концу лета и осени. Все отмеченное выше позволяет нам предложить использовать дикорастущее растение в декоративном оформлении улиц нашего города.
Список литературы
1. Федоров растений. – М.: Просвещение, 1982-543с.
2. лассификация жизненных форм растений. – Датский ботанический архив, 1934-30с.
3. Полевой растений. – М.: Высшая школа, 1989-120с.
4. , Горбачев условия Калмыкии /Растительный мир Калмыкии.- Элиста: Элист. кн. изд-во, 1977.- 15с.
5. Косенко высших растений Северо-Западного Кавказа и Предкавказья. М: Колос. 1970-614с.
6. Маевский средней полосы Европейской части России. М: Товарищество научных знаний КМК. 2006-600с.
7. , Афанасьева растений. М: Академия, 2009-4с.
8. Горышина растений. М: Высш. школа.1979-368с.
9. Доспехов полевого опыта.5-е изд., доп. и перераб.—М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с
Приложение
Фото №1.Работа с литературой в библиотеке им. Амур-Санана
Фото №2. Встреча с главным агрономом «Городского зеленого хозяйства»Балиевым Николаем Бембеевичем
Фото №3 .Исследование популяции произрастания в районе п. Аршань
Фото №4. Показатели ростовых параметров органов растения
Фото №5. Изучение фенологических фаз Сухоцвета однолетнего
Фото №6. Исследование морфологических адаптивных признаков листьев Сухоцвета однолетнего
