Исследовательская работа " Влияние сторон света на величину флуктуирующей асимметрии листа томата"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

основная общеобразовательная школа с. Колково

Орловского района Кировской области

Исследовательская работа:

«Влияние сторон света на величину

флуктуирующей асимметрии листа томата».

Автор:

Валеева Диляра Гасановна,

ученица 7 класса

МКОУ ООШ с. Колково

Домашний адрес:

Кировская область,

Орловский район, с. Колково,

Молодёжная, д. 8, кв. 1.

Контактный телефон:

89123744521

Руководитель:

Печёрина Ираида Викторовна,

учитель химии, биологии и географии

МКОУ ООШ с. Колково

Адрес организации:

Кировская область, Орловский район,

с. Колково, ул. Шубина ,1

с. Колково

2018 год

Оглавление:

Введение.

Растение является чувствительным индикатором состояния природы.

Стабильность развития как способность организма к развитию без нарушений и ошибок является чувствительным индикатором состояния природных популяций. Наиболее простым и доступным для широкого использования способом оценки стабильности развития является определение величины флуктуирующей асимметрии морфологических признаков. Этот подход достаточно прост с точки зрения сбора, хранения и обработки материала.

Актуальность исследования в том, что позволит определить влияние сторон света путём изучения асимметрии листьев. В результате работ будет выявлена сторона света, на которой рассада томатов растёт лучше, быстрее зацветает и даёт больше плодов.

В связи с этим, цель исследования - применить методы флуктуирующей асимметрии по листовой пластинке в оценке влияния сторон света на рассаду томатов.

В связи с поставленной целью были сформулированы задачи:

1. Проанализировать материалы литературных источников по использованию методов биотестирования по флуктуирующей асимметрии листовой пластинки томатов.

2. Провести экспериментальные замеры параметров на выбранных растениях с использованием методики оценки, влияния сторон света на рассаду томатов по флуктуирующей асимметрии.

3. Дать оценку влияния сторон света на рассаду томатов.

Предмет исследования – влияние сторон света по флуктуирующей асимметрии на листовую пластинку томатов.

Объект исследования - листовая пластинка томатов.

Новизна работы в том, что данная тема исследования мало изучена, а результаты и выводы, полученные в ходе практического исследования, дают определённую помощь в выращивании рассады томатов.

Практическая значимость работы в том, что на основании приведённых исследований будут разработаны практические рекомендации по выращиванию рассады и проведена апробация методики оценки величины флуктуирующей асимметрии по признакам, характеризующим общие морфологические особенности листа путём промеров листа у растений с билатерально симметричными листьями.

При подготовке к написанию работы мною использованы как теоретические методы исследования: литературных данных, ресурсов Интернета, сравнение полученных данных, систематизация исследовательского материала.

Исследовательская работа для меня оказалась сложной, но познавательной. Я узнала, что биоиндикация – оценка качества среды обитания и её отдельных характеристик по морфологическому состоянию растений в природных условиях.

Глава 1.

Флуктуирующая асимметрия и различные типы асимметрии.

Явление симметрии в природе как вид согласованности отдельных частей, который объединяет их в единое целое – одно из наиболее общих явлений, свойственное неживой и живой материи на разных уровнях организации. Ввиду того, что данная работа посвящена анализу листовой пластинки томата, ограничим рассмотрение симметрии билатеральным типом, это явление характерно для подавляющего большинства листовых пластинок растений. Подобная ограниченность форм симметрии листьев растений ярко демонстрирует принцип, сформулированный П. Кюри: рост наклонно и по горизонтали порождает единственную плоскость симметрии. Ввиду различных причин (эволюционные приспособления, особенности онтогенетического развития) в строении живых тел возникают различные отклонения от строгой билатеральной симметрии – называемые асимметрией. Наиболее распространенной и часто используемой в настоящее время является классификация Ван Валена, предложившего всё многообразие проявлений асимметрии разделить на три основных типа:

1. Направленная асимметрия – при этом типе в норме какая-либо структура развита больше на одной стороне. Подобный тип асимметрии, как правило, является результатом приспособлений, выработанных в ходе филогенеза: сердце млекопитающих, размер клешней у некоторых видов крабов, строение тела камбалообразных, из растений – листовые пластинки бегоний, липы.

2. Антисимметрия – при данном типе асимметрии отмечается отрицательные проявления признака на разных сторонах билатеральной структуры – признак проявляется только на правой или только на левой стороне, причем, генетически обусловлен сам факт различий, а не сторона проявления. Данное явление отмечено у некоторых видов брюхоногих моллюсков, у ряда видов крабов.

3. Флуктуирующая асимметрия – это незначительные, ненаправленные отклонения от строгой билатеральной симметрии. Незначительные, ненаправленные различия между правой и левой сторонами различных морфологических структур.

Глава 2.

Характеристика флуктуирующей асимметрии как общебиологического явления.

Характерные черты флуктуирующей асимметрии.

Флуктуирующая асимметрия - крайне широко распространенное явление. Им охвачены практически все билатеральные структуры у самых разных живых существ. Понятно, что невозможно подвергнуть анализу известные признаки всех билатерально - симметричных структур, но у исследованных флуктуирующая асимметрия регистрировалась. Более того, это явление имеет место даже при иных типах асимметрии, в этом случае она представляет собой отклонения не от строгой симметрии, а от определенной средней симметрии. По форме выражения она представляет собой незначительные отклонения от строгой билатеральной симметрии, а наблюдаемые отклонения, скорее, могут быть отнесены к случайным нарушениям развития, чем к направленным изменениям.

Соответственно, эти незначительные отклонения не несут функциональной значимости и находятся в пределах определенного люфта, допускаемого естественным отбором. Флуктуирующая асимметрия есть проявление внутри индивидуальной изменчивости, т.е. характеризует различия между гомологичными структурами внутри одного индивида. Подобный тип изменчивости широко распространен у растений, где в пределах одного индивида, можно провести разносторонний анализ метамерных структур, например, листьев (они наиболее часто используются для этих целей). Но важно отметить, что если уровень флуктуирующей асимметрии является характеристикой индивидуума, а значит, можно оценивать различие разных групп особей по среднему уровню различий между сторонами, то данное явление (флуктуирующая асимметрия) может рассматриваться и с позиции популяционной изменчивости. С позиций изменчивости как способности к изменению, наблюдаемое при флуктуирующей асимметрии несходство проявления признака между сторонами, не может быть объяснено ни генотипическими, ни средовыми различиями. Это есть результат случайной изменчивости развития. Представления об этом виде изменчивости были впервые сформулированы Б. Л. Астауровым в 1927году.

Рассматривая основные черты флуктуирующей асимметрии, можно выделить три основные особенности (по различиям между двумя сторонами тела):

незначительность – определяется природой этого явления (случайная изменчивость развития), а значит, если эти различия случайны, то они должны быть незначительны. Возникающие существенные различия между сторонами, обычно элиминируются отбором. Если этого не происходит, а появление этих различий постоянно, то можно говорить об их адаптивном характере, и они не могут быть случайны.

ненаправленность – также следствие причин, описанных в предыдущем абзаце. Эта черта свидетельствует о взаимном гашении случайных различий (между сторонами листовой пластинки) у отдельных особей. Зависимость в появлении различий слева или справа листовой пластинки должна отсутствовать.

Это неизменно имеет место, если всё фенотипическое разнообразие в рассматриваемой группе особей является следствием случайных нарушений развития в достаточно однородных, с точки зрения генотипа и среды. Анализ таких гетерогенных группировок, как природные популяции, выявил наличие всех переходов от сильной положительной связи между сторонами до ее полного отсутствия или слабой отрицательной, что является вполне естественным при флуктуирующей асимметрии, так как в общее фенотипическое разнообразие исследуемых признаков происходит вклад других форм изменчивости.

Глава 3.

Флуктуирующая асимметрия как показатель стабильности развития.

Индивидуальное развитие организма обеспечивается сложным регуляторным аппаратом, «защищающим нормальное формообразование от возможных нарушений, как со стороны уклонений во внутренних факторах, так и со стороны изменений в факторах внешней среды» (Шмальгаузен 1982). Данный механизм фигурирует под несколькими синонимичными названиями: стабильность развития, гомеостаз развития, т.е., подразумевается, что развитие проходит по определенному пути (креоду), и при высокой стабильности оно протекает одинаково, несмотря на некоторые генетические и средовые воздействия. Переключение развития на другой креод происходит при достижении порогового уровня генотипического или средового воздействия.

Глава 4.

Определение величины флуктуирующей асимметрии.

Каждая выборка должна включать в себя 10-20 листьев (по 2 листа с 1 растения). Листья с одного растения лучше хранить отдельно для того, чтобы в дальнейшем можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой особи. Все листья, собранные для одной выборки, сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку с указанием номера выборки, места сбора (делая максимально подробную привязку к местности), даты сбора. Для исследований рекомендуют выбирать растения, достигшие генеративного возрастного состояния, использовать лист как орган, обладающий билатеральной симметрией. Листья рекомендуют собирать с разных сторон растения. Размер листьев должен быть сходным, средним для данного растения. Поврежденные листья могут быть использованы для анализа, если не затронуты участки, с которых будут сниматься измерения. Никакой специальной обработки и подготовки материала не требуется. Материал может быть обработан сразу после сбора или позднее. Для непродолжительного хранения собранный материал можно хранить в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника. Для длительного хранения можно зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать. В качестве наиболее простой системы признаков, удобной для получения большого объема данных, предлагается система промеров листа у растений с билатерально- симметричными листьями.

В качестве примера можно указать систему признаков, разработанную для березы. Для измерения лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега. С каждого листа снимают показатели по четырём промерам с левой и правой сторон листа.

4

3

2

1

Промеры листа:

1 - длина центральной жилки.

А – середина длины центральной жилки.

2– ширина половинки листа

(измерение проводят посередине листовой пластинки);

3 – длина второй жилки от основания листа;

4 – расстояние между концами этих жилок;

Следующий этап работы -  расчеты полученных данных по методике В.М. Захарова: 
  В первом действии для каждого промеренного листа вычисляем относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L - R) / (L + R). 
Во втором действии вычисляем показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируем значения относительных величин асимметрии по каждому признаку и делим на число признаков. В третьем действии вычисляем интегральный показатель стабильности развития - величина среднего относительного различия между сторонами на признак. Для этого вычисляем среднюю арифметическую всех величин асимметрии. 
Затем значения заносим в таблицу.

При балльной оценке используется таблица соответствия баллов качества среды значениям коэффициентов асимметрии.
 
Балльная система качества среды обитания

Глава 5.

Последствия негативного воздействия.

• Чем хуже экологическая ситуация, тем больше КФА (коэффициент флуктуирующей асимметрии).

• Чем больше показатель флуктуирующей асимметрии, тем больше отклонений от нормы в развитии организма.

• Это приводит к болезням и уродствам, которые передаются следующим поколениям.

Заключение.

В ходе выполнения работы я определила влияние сторон света на величину

флуктуирующей асимметрии листа томата.  

Исходя из полученных результатов, можно сделать вывод : 

1. Наибольшая степень флуктуирующей асимметрии, характеризующая стабильность развития листьев у рассады томатов, в наших исследованиях установлена на северной стороне, следовательно, для развития рассады томатов -это крайне неблагоприятные условия.

2. С западной стороны - удовлетворительное состояние для выращивания рассады.

3. Наиболее благоприятное состояние среды я выявила на южной стороне, состояние соответствует условной норме.
   Проведенное мною исследование было направлено на изучение влияния сторон света на величину флуктуирующей асимметрии листа томата, что позволило получить достоверную картину условий выращивания рассады растений. Флуктуирующая асимметрия является чувствительным индикатором состояния природных популяций. На основании необходимых измерений и расчетов был рассчитан показатель стабильности развития рассады томатов. В результате работы были выявлены оптимальные условия, на которые необходимо обратить внимание при выращивании рассады.  
    Предлагаемый подход может быть использован для оценки состояния популяций отдельных видов растений, а также качества среды в целом. Если уровень стабильности развития зависит от условий обитания растения, то соответствующими баллами можно оценивать и состояние окружающей среды.

Литература:

1. Баранов С.Г., Д.Е. Гавриков «Сравнение методов оценки флуктуирующей асимметрии листовой пластинки Betula pendul Roth » (интернет)

2. Государственный доклад Минприроды РФ 
   "О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2007 году» (http://www.recoveryfiles.ru/laws.php?ds=2250)

3. В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов, А.В. Валецкий, Н.Г. Кряжева, Е.К. 
   Чистякова, А.Т. Чубинишвили. - М.: Центр экологической политики 
   России, 2000. Здоровье среды: методика оценки. Оценка состояния природных популяций по стабильности развития: методическое пособие для заповедников.

Приложения 1.

Замеры листьев у рассады томатов на южной стороне, в июне по 3 признакам.

Таблица 1

1. В первом действии для каждого промеренного листа у рассады томатов на южной стороне вычисляются относительные величины асимметрии для второго признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L – R)/(L + R).

Таблица 2

1. Во втором действии для каждого промеренного листа у рассады томатов на южной стороне вычисляются относительные величины асимметрии для третьего признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L – R)/(L + R).

Таблица 3

1. В третьем действии вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин коэффициентов флуктуирующей асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Таблица 4

Для оценки степени нарушения стабильности развития удобно использовать пятибалльную оценку. Первый балл шкалы – условная норма. Значения показателя флуктуирующей асимметрии, соответствующие первому баллу, наблюдаются, обычно, в выборках растений из благоприятных условий произрастания, например, из природных заповедников. Пятый балл – критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

Вывод: В приведенном примере показатель флуктуирующей асимметрии равен 0,029, что соответствует I баллу шкалы. Это означает, что растения испытывают сильное влияние южной стороны света. Таким образом, для развития рассады томатов- это очень благоприятные условия.

Замеры листьев у рассады томатов на западной стороне, в июне по 3 признакам.

Таблица 1

1. В первом действии для каждого промеренного листа у рассады томатов на западной стороне вычисляются относительные величины асимметрии для второго признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L – R)/(L + R).

Таблица 2

1. Во втором действии для каждого промеренного листа у рассады томатов на западной стороне вычисляются относительные величины асимметрии для третьего признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L – R)/(L + R).

Таблица 3

1. В третьем действии вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин коэффициентов флуктуирующей асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Таблица 4

Для оценки степени нарушения стабильности развития удобно использовать пятибалльную оценку. Первый балл шкалы – условная норма. Значения показателя флуктуирующей асимметрии соответствующие первому баллу наблюдаются, обычно, в выборках растений из благоприятных условий произрастания, например, из природных заповедников. Пятый балл – критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

Вывод: В приведенном примере показатель флуктуирующей асимметрии равен 0,053, что соответствует IV баллу шкалы. Это означает, что растения испытывают небольшое влияние западной стороны света. Следовательно, для развития рассады томатов - это неблагоприятные условия.

Замеры листьев у рассады томатов на северной стороне, в июне по 3 признакам.

Таблица 1

1. В первом действии для каждого промеренного листа у рассады томатов на северной стороне вычисляются относительные величины асимметрии для каждого признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L – R)/(L + R).

Таблица 2

1. Во втором действии для каждого промеренного листа у рассады томатов на северной стороне вычисляются относительные величины асимметрии для третьего признака. Для этого разность между промерами слева (L) и справа (R) делят на сумму этих же промеров: (L – R)/(L + R).

Таблица 3

1. В третьем действии вычисляют показатель асимметрии для каждого листа. Для этого суммируют значения относительных величин коэффициентов флуктуирующей асимметрии по каждому признаку и делят на число признаков.

Таблица 4

Для оценки степени нарушения стабильности развития удобно использовать пятибалльную оценку. Первый балл шкалы – условная норма. Значения показателя флуктуирующей асимметрии, соответствующие первому баллу, наблюдаются, обычно, в выборках растений из благоприятных условий произрастания, например, из природных заповедников. Пятый балл – критическое значение, такие значения показателя асимметрии наблюдаются в крайне неблагоприятных условиях, когда растения находятся в сильно угнетенном состоянии.

Вывод: В приведенном примере показатель флуктуирующей асимметрии равен 0,099, что соответствует V баллу шкалы. Это означает, что растения испытывают отрицательное влияние с северной стороны света и для развития рассады томатов это крайне неблагоприятные условия.

Приложения 2

Высадка рассады.

Первичные замеры листовой пластинки.

Растение томата в июле.

Вторичный замер.

Взрослое растение.

Промеры листа томата.

4

2

3

1

Промеры листа:

1 - длина центральной жилки.

А – середина длины центральной жилки.

2– ширина половинки листа

(измерение проводят посередине листовой пластинки);

3 – длина второй жилки от основания листа;

4 – расстояние между концами этих жилок;

21