Ослин навчальний посібник до лабораторних занять з фізіології рослин для студентів біологічного факультету Видавництво поліграфічний центр "Київський університет" 2004
| Вид материала | Документы |
- Мусієнко М. М., Панюта О. О. Біотехнологія рослин. Навчальний посібник, 5445.72kb.
- Ділова іноземна мова" для студентів геологічного факультету (магістрів V-VI курсів), 329.16kb.
- Савицький В. М., Хільчевський В. К., Чунарьов О. В., Яцюк, 2100.06kb.
- Вченої ради біологічного факультету протокол №11 від 25 квітня 2005, 115.21kb.
- Тематичний план занять «Патофізіологія ендокринної та нервової систем» Для студентів, 1055.52kb.
- Київський університет туризму, економіки І права «Основи готельного менеджменту», 5077.65kb.
- Полтавський національний педагогічний університет імені В. Г. Короленка Історичний, 675.02kb.
- Практикум з педагогіки вищої школи: Навчальний посібник за модульно-рейтинговою системою, 411.72kb.
- Навчальний посібник для студентів філологічних спеціальностей вищих педагогічних навчальних, 3345.03kb.
- Практичний курс англійської мови навчальний посібник з практики усного та письмового, 5352.9kb.
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
М.М. Мусієнко, О.П. Ольхович
МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ВИЩИХ ВОДНИХ РОСЛИН
НАВЧАЛЬНИЙ ПОСІБНИК
до лабораторних занять з фізіології рослин
для студентів біологічного факультету
Видавництво поліграфічний центр
“Київський університет”
2004
УДК 581.1
Мусієнко М.М., Ольхович О.П. Методи дослідження вищих водних рослин. – Київ: Видавництво поліграфічний центр “Київський університет”, 2004. – с.
Навчальний посібник до лабораторних занять з фізіології водних рослин для студентів біологічного факультету М.М. Мусієнка, О.П. Ольхович.
За редакцією М.М. Мусієнка д-ра біол. наук, проф.
Рецензенти: Серебряков В.В. д-р біол. наук, проф.
Сакевич О.Й. д-р біол.наук, проф.
Затверджено Радою біологічного
факультету 13 травня 2003 року
Вступ
Важливе місце в контролі якості вод займають спостереження за станом вищої водної рослинності, яка чутко реагує на зміни довкілля. Так, під час забруднення водойм, змінюються видовий склад, біомаса та продукція фітоценозу; спостерігаються морфологічні , анатомічні та фізіологічні аномалії; відбувається зміна едифікаторів. У зв`язку з цим , під час контролю якості води і донних покладів особливої уваги надають видовому складу вищої водної рослинності, її кількості, фітомасі, життєвості, аномаліям, тривалості фенофаз та проективному покриттю. Дослідження вищої водної рослинності має важливе значення під час рекогносцирувального гідробіологічного огляду водних об`єктів, який проводять з метою екологічно зумовленого розміщення стаціонарних пунктів контролю забруднення.
Починаючи рекогносцирувальне та гідробіологічне обстеження водойми, насамперед, слід звернути увагу на водні рослини, які або підіймаються над водою, особливо на березі безперервною смугою чи групами, або пронизують товщу води, або плавають на її поверхні. Водно- болотні рослини називають “макрофітами”. Інколи цей термін ототожнюють з поняттям “вищі водні рослини”, але це не зовсім правильно, оскільки до макрофітів, разом з квітковими і вищими споровими рослинами, відносяться і харові водорості.
Своєрідність умов розвитку макрофітів у водному середовищі утруднює їх вивчення. У зв`язку з цим, загальній характеристиці основних особливостей розвитку водних рослин і будові їх угруповань, а також опису основних польових та лабораторних методів вивчення водної рослинності і присвячується ця книга.
Польові методи дослідження водних рослин.
Робота № 1. Визначення видів та екологічних груп
вищих водних рослин.
Теоретичні передумови. Під час огляду рослинності водойм дослідник вивчає рослини різні за екологією щодо водного фактора: гідрофіти – справжні водні рослини, повністю, або більшою частиною занурені в воду, гігрофіти – рослини надмірного зволоження – і мезофіти- рослини достатнього (середнього) зволоження. Перехідною між ними групою є гідрогігрофіти – водно-болотні (земноводні) рослини, або гелофіти. Вони займають як водні, так і зволожені місця берегів.
Вологолюбні рослини – гігрофіти, а часто і мезогігрофіти – є звичайними компонентами рослинних угруповань прибережної зони. Вони дуже поширені у заплавах, на заболочених та сильно зволожених (мокрих) низинних ділянках берегів, де берегова смуга часто буває не чіткою, на купинах, або у воді на мілководдях серед заростей рослинності біля берега.
До флори водойм відносять справжні водні рослини – гідрофіти, водно-болотні (земноводні) рослини - гелофіти, що постійно ростуть у воді, та ті із вологолюбних рослин – гігрофітів, які мешкають серед заростей гелофітів, в прибережній смузі водойм, на заплавах, мокрих та заболочених берегах водойм або у воді. До власно водної флори будь-якої водойми відносять лише гідрофіти, гелофіти і ті із гідрофітів, які у воді утворюють стійкі довгоіснуючі угруповання.
В загальному списку флори водойми слід мати два розділи (списки): список водної флори водойми і список її гідрофільної флори.
Водні рослини це вторинноводні організми – наземні рослини, що пристосувалися до життя у водному середовищі. Їх види належать до найрізноманітніших і віддалених одна від одної родин. Більшість із них дуже поширені, а деякі є майже космополітатами або космополітами. Здебільшого, це кореневищні багаторічники, що відрізняються досить широкою екологічною амплітудою. Вони ростуть в найрізноманітніших і надзвичайних умовах: здатні жити як в прісних, так і солонкуватих водах, в водному середовищі і, у вигляді наземних форм, досить довгий час існувати у вологих місцях на суші. Однорічних видів серед водних рослин мало.
Більшість водних рослин квітує і плодоносить над водою. Рослин, квітки і плоди яких розвиваються під водою, небагато. Крім генеративного способу розмноження, часто придушеного, в них широко розвинене вегетативне розмноження за допомогою кореневищ, частин стебла, бруньок тощо. Деякі з них розмножуються лише вегетативним шляхом.
Визначення видів і екологічних груп рослин передує всім дослідженням рослин на природних водоймах.
Мета роботи – провести рекогносцирувальне обстеження водойм і з’ясувати належність виявлених біля водойми рослин до певних видів і екологічних груп. Зібрати рослини для гербарію. Скласти два списки флори водойм – список власне водної флори водойми і список її гідрофільної флори.
Матеріали і обладнання: визначник водних рослин, гербарна папка, фільтрувальний та крейдяний папір, журнал для записів.
Хід роботи. Проводять первинне ознайомлення з водоймою. Досліджують розповсюдження прибережної і власно водної рослинності взагалі. Визначають ширину смуги, що зайнята водною рослинністю. Із різних заростей водних рослин беруть по декілька рослин, що складають певні зарості, і визначають їх видову належність за визначником водних рослин, який потрібно взяти з собою на екскурсію. Крім того, з’ясовують належність кожного виду рослин до певної екологічної групи. У журнал записують назву рослини, її екологічну групу, ширину заростей, яку вимірюють, щоб потім нанести площу, яку займають ці зарості на схематичну карту водойми. Разом з тим, у журналі позначають місцезнаходження певних заростей. Надалі, відмічають порівняльну щільність кожних заростей ( визначають - поодиноко, групами, або скупченнями ростуть певні види водних рослин) та глибину водойми.
Для кожних заростей заповнюють окремий листок за формою:
1.Дата дослідження (число, місяць і рік).
2.Видовий склад заростей та належність кожного виду до певної екологічної групи.
3.Орієнтовна площа заростей.
4.Місцезнаходження заростей.
5.Орієнтовне співвідношення різних видів рослин в заростях за площею, яку вони займають та щільністю заростання.
6.Глибина.
Якщо неможливо визначити рослину під час екскурсії, або якщо потрібно більш досконало вивчити рослини деяких видів, їх збирають до гербарію.
Під час складання гербарію рослини збирають більш ретельно – так, щоб були наявні всі важливі частини і органи рослини: корінь, стебло, листок та, якщо можливо, квітка і плід. Для цього потрібно мати з собою гербарну папку з сушильним папером (найкраще використовувати білий фільтрувальний папір).
Збирати власне водні рослини треба так:
рослини виймають із води, попередньо промивають їх, обтирають насухо і вміщують їх в звичайний папір для підсушування рослини. Ніжні водні рослини важко розправляти на папері, тому листок крейдяного паперу підкладають під рослину безпосередньо у воді, розправляють листки і обережно виймають листок з рослиною, при цьому рослина залишається розправленою на папері. Дають стекти воді і папір з рослиною вміщують у фільтрувальний папір. Далі сушать звичайним способом в гербарній папці, періодично (через 8-12 год.) замінюючи вологий папір на сухий. Папір замінюють обережно, намагаючись не пошкодити рослини.
Після висихання кожну рослину прикріплюють паперовими смугами до листка паперу. Рослина обов’язково повинна мати етикетку, на якій помічають таке:
1.Назву рослини (українською та латинською мовами, зазначаючи авторів).
2. Дату збирання.
3. Назву водойми.
4. Місце збору.
5. Глибину.
6. Грунт.
7. Характер заростання.
Складають два окремих списки досліджених рослин – список водної і гідрофільної флор.
Роблять висновки.
Робота № 2. Вивчення характеру розподілу рослинності
у водоймах залежно від факторів довкілля.
Теоретичні передумови. Склад, ступінь розвитку і розміщення рослинності у водоймі зумовлені неоднорідністю екологічних умов різних її частин і мають певні закономірності. Найважливішими умовами (факторами), що визначають наявність, склад та існування рослинності в природних озероподібних водоймах різних географічних зон, вважають: морфологічні особливості водойми (розміри, глибину, порізаність берегів –наявність заплав і захищених місць, наявність мілководних ділянок з глибиною 2,5-3 м, крутизну схилів днища), оптичні якості водних мас (прозорість і колір води), динамічні фактори (коливання рівня води, хвильову діяльність, течію), хімічні фактори (хімічний склад води, вміст біогенних елементів, концентрацію водневих іонів (рН), газовий режим), донні поклади (механічний і хімічний склад), температуру води, ступінь проточності водойми, затіненість берегів та ін. Великий вплив на рослинність водойм має діяльність людини, особливо забруднення стоками різноманітних виробництв, хімізація лісової промисловості та сільського господарства, будівництво тваринницьких комплексів поблизу водойм та на їх берегах, або антропогенного евтрофікування водойми.
Ступінь заростання водойм суттєво залежить від їхньої морфології. Досить сприятливі умови для розвитку водної рослинності створені, майже завжди, в невеликих мілких водоймах і в великих, які мають сильно порізані береги з заплавами і затишними місцями, широкою смугою захищених від вітру і хвилювання, мілководною та пологою літораллю з поступовим наростанням глибини від берега. Водної рослинності в таких місцях звичайно буває багато.
Несприятливі умови для поселення та існування рослин створені в великих, а також в невеликих глибоких водоймах, які мають відкриті слабкопорізані берегові смуги, вузьку літораль та круті схили дна від берега.
Від прозорості і кольору води залежить кількість і якість світлових променів, що потрапляють вглиб водної маси, які необхідні для нормальної життєдіяльності рослин.
Глибина, на яку розповсюджуються рослини, залежить від глибини проникання світла. Такі види гелофітів, як очерет і рогіз вузьколистий у водоймах звичайно ростуть не глибше 2-2,5 м, іноді 3 м.
Рослини, які невисоко підіймаються над водою, - стрілолист стрілолистий, частуха подорожникова, види їжачої голівки – мешкають, як правило, біля берегів на глибинах до 1 м. Вкорінені рослини, які мають плаваючі на поверхні листки ( латаття чистобіле, глечики жовті, рдесник плаваючий, гірчак земноводний) і занурені у воду, з квітками над поверхнею води (рдесник блискучий, рдесник пронизанолистий, водопериця колосиста) у водоймах з достатньо високою прозорістю води можуть заходити в воду не глибше 3-4 м. Те саме стосується і рослин, які квітують і плодоносять під водою (куширу зануреного, молодильнику озерного) і тих, що розмножуються лише вегетативним шляхом (елодеї канадської). В окремих випадках молодильник та елодея опускаються на глибини до 8-12 м, а харові водорості - навіть до 30 м. У водоймах з низькою прозорістю води занурених рослин майже немає. З прозорістю води сильно пов`язане флористичне різноманіття макрофітів у водоймі, склад видів за екологічними групами і, насамперед, склад групи занурених у воду рослин. Чим прозоріша у водоймі вода, тим багатша її флора і різноманітніші рослинні угруповання.
Збільшення трофії водних мас і антропогенного евтрофікування водойм спричинює появу в них певних видів плаваючих рослин, які були відсутні, а в деяких випадках і активний розвиток їх.
Біля берегів глибоких водойм залежно від крутизни схилу дна ( із швидким або поступовим зростанням глибини від берега) і складу донних покладів рослини розміщені в екологічному ряду в певній послідовності – зонально або поясами, за ступенем пристосування до життя на різних глибинах за різних умов освітлення і на різних донних покладах.
Біля берегів водойм за сприятливих для життя рослин умов залежно від глибини розрізняють п`ять зон (поясів) рослинності. Кожна з них складена із угруповань (або окремих видів) характерних для неї рядів. Зони (пояси) рослинності розміщуються у водоймах нижче урізу води в напрямку від берега в наступному порядку: 1 – зона низьких надводних рослин; 2 – високих надводних рослин; 3 – рослин з плаваючими листками; 4 – високих занурених рослин; 5 – низьких занурених рослин (рис.1).
Рис. 1. Екологічні групи вищих водних рослин: 1- гелофіти, 2 – вкорінені плейстофіти, 3 – вкорінені гідатофіти, 4 – невкорінені або вільноплаваючі плейстофіти, 5 – невкорінені гідатофіти; а –грунт, б –вода, в – повітря.
Зона угруповань низьких і середньовисоких надводних рослин займає простір від урізу води до глибини 0,5-0,75 м. До її складу входять хвощ річковий, різні види осок, їжачої голівки, стрілолисту, частухи, сусака та ін. В цій зоні часто наявні гігрофіти.
Зона угруповань високих надводних рослин розповсюджена до глибини 1,5-2 м. Для неї типові зарості очерету, рогозів, комишу озерного, та інших гелофітів.
Зона угруповань плаваючих рослин розташована біля краю зони високих надводних рослин (з боку відкритого дзеркала водойми) до глибини близько 2,5-3 м. Для неї характерні угруповання глечиків, латаття, рдесника плаваючого та ін.
Зона угруповань високих занурених рослин розташована відразу за попередньою до глибини 3-3,5 м. Ця зона складається із угруповань великих рдесників – рдесників блискучого та пронизанолистого, а також водопериці колосистої та інших занурених рослин.
Зона низьких (придонних) занурених рослин тягнеться до нижньої межі розповсюдження рослинності. Вона буває чіткіше вираженою в озерах з прозорою водою і представлена угрупованнями молодильника озерного, лобелії Дортмана, ситнягу голчастого, елодеї канадської, харових водоростей та ін. У водоймах з низькою прозорістю води її немає.
Слід зазначити, що така послідовність зон (поясів) рослинності в водоймах в природі спостерігається не завжди. Здебільшого, залежно від прозорості води, крутизни схилів дна, донних покладів та інших факторів, які в сукупності зумовлюють ті або інші умови місцезростання на різних ділянках водойм, деякі зони не розвинені взагалі, або виражені досить слабко і практично відсутні. Чергування зон дуже добре простежується біля берегів невеликих, але глибоких заплавних водойм, в деяких затоках великих озер.
На розподіл і ступінь розвитку рослинності в річках впливають майже ті самі фактори, що і в озероподібних водоймах. Факторами, що визначають її розвиток в річках є швидкість течії, каламутність води та ступінь рухомості ґрунту. В річках, які мають сильну течію і легкорухомий ґрунт, рослинність осідає в заводях, найбільш затишних місцях плес та проток з послабленою течією і хоча б якоюсь мірою закріпленим ґрунтом. Особливо сприятливі умови для розвитку рослинності утворюються у старицях, річках та струмках зі слабкою течією та в дельтах річок. Вітрове хвилювання та течія негативно впливають на закріплення рослин в ґрунті та їх подальше життя.
Вплив на рослинність мінерального і біогенного складу води та інших хімічних сполук ще недостатньо вивчений. Відомо, що із збільшенням солоності води у водоймах значно збіднюється склад видів рослин, що їх населяють. Майже повністю зникають види плаваючих рослин.
Про зв`язок видів водних рослин з певним складом донних покладів відомо недостатньо. Відомо, що м`які, але в`язкі мулисті поклади, які багаті на органічну речовину, звичайно бувають рясно вкриті рослинністю. Піщані та глинисті, з різним ступенем замуленості донні поклади, також досить сприятливі для розвитку деяких видів рослин і звичайно інтенсивно заростають. На пухких органічних мулистих донних покладах оселяються головним чином рослини з плаваючим листям. Легкорухомі ґрунти (гравій, галька, крупний пісок) мало сприятливі для розвитку рослинності.
Із фізичних факторів довкілля на розвиток і склад рослинності берегової зони водойм посушливих областей впливають сезонні та річні коливання рівня води. Високі амплітуди коливання рівня води негативно впливають на розвиток рослин, особливо занурених у воду видів.
Мета роботи – провести обстеження природних водних об’єктів: річки, озера, водосховища, простежити за зональним розподілом водної рослинності і з’ясувати найважливіші фактори, що зумовлюють саме такий розподіл .
Матеріали та обладнання: журнал для записів, термометр, мотузок з тягарем для вимірювання глибини водойми, рулетка.
Хід роботи. Провести рекогносцирувальне обстеження водойми. На дослідній водоймі відібрати три точки з різним рослинним покривом. В цих точках зробити опис водної рослинності, враховуючи її зональний розподіл і звертаючи особливу увагу на наступні характеристики:
1.Назву і географічне положення водойми.
2.Розмір водойми.
3.Глибину водойми.
4.Ступінь захищеності від вітру і хвиль.
5.Прозорість або каламутність води та її колір.
6. Наявність або відсутність течії.
7.Фракційний склад ґрунту ( пісок, глина, каміння, мул).
8.Температура повітря та води.
9.Характер берега (пологий, крутий, обривистий).
10.Наявність на березі рослинності та її протяжність.
11.Однорідність складу рослинності.
12.Характер розподілу рослинності: кількість ярусів, їх висота та ширина.
Дані занести до журналу. Зробити висновок про характер розподілу рослинності залежно від умов місцезростання.
Робота № 3. Вивчення складу і будови рослинних угруповань
водних фітоценозів.
Теоретичні передумови. Фітоценоз, або рослинне угруповання, є основною одиницею рослинності. Компоненти фітоценозу за ступенем їх участі в фітоценозі, головним чином за створенням фітомаси і проективного покриття поділяють на головні і другорядні види. Їх поділять на едифікатори (будівельники угруповання), які визначають його фітоценотичне середовище, і супутники, або супутні види (асектатори), які майже не впливають на створення середовища усередині угруповання. Домінантами називають види, що переважають в фітоценозі, або в його ярусах. Домінантів в фітоценозі може бути декілька видів. Другорядні домінанти і едифікатори називають субдомінантами та субедифікаторами.
У вертикальному розподілі водних рослинних угруповань розрізняють три основні яруси:
1) надводний, з під’ярусами за висотою: високих, середньовисоких та низьких надводних рослин (трав) першої, другої та третьої величини;
2) плаваючий, із плаваючих на поверхні води (плейстофітів) та з плаваючим листям;
3) підводний, з під’ярусами за висотою: високих, середньовисоких та маленьких придонних рослин (трав).
Для наочності ярус плаваючих рослин можна позначити цифрою 0 (нуль), під’яруси надводного ярусу позначити цифрами 1, 2 і т.ін., а під’яруси підводного ярусу – цифрами зі знаком мінус (-), наприклад, -1, -2 і т. Ін.
Рослинні угруповання водних рослин звичайно складаються з невеликої кількості видів, особливо в водоймах з низькою прозорістю води. Часто вони побудовані лише з одного виду, або за невеликої участі інших видів. Це однорідні, або майже однорідні одноярусні фітоценози певного виду, які називають заростями.
Малочисельні у видовому відношенні угруповання, які просто побудовані, досить широко представлені серед усіх груп водних рослин, а у водоймах з низькою прозорістю води вони переважають над іншими угрупованнями, які побудовані більш складно. У водоймах з високою прозорістю води, крім одновидових, одноярусних ценозів, зустрічаються ценози з одним, або кількома домінуючими видами, до яких приєднується велика кількість супутніх видів, які складаються з кількох ярусів.
Мета роботи –вивчити склад і будову фітоугруповань природної водойми. Визначити види-асектатори та едифікатори, з’ясувати домінантні види. Скласти список водних рослин, враховуючи їх вертикальний розподіл за ярусами, характер розподілу у водоймі, проективне покриття та життєвість.
Матеріали та обладнання: визначник водних рослин, журнал для записів.
Хід роботи. Проводять ознайомлювальне дослідження фітоугруповань природної водойми, визначають їх рослинний склад, та з’ясовують внутрішню будову угруповань. Щоб визначити флористичний склад створюють повний список рослин, які є складовою частиною фітоценозу. До бланку опису вносять всі види, які виявлені на дослідній ділянці. Тим рослинам, назву яких дослідник не знає, присвоюють умовну назву. Цю назву зберігають за ними протягом всього періоду робіт. Такі види обов'язково беруть в гербарій і потім визначають їх правильну назву. Виявлення видів рослин з наступним записом їх до журналу, починають завжди з верхнього надводного ярусу, а закінчують нижнім підводним . За такою системою рослини у водних угрупованнях обліковують швидко і точно. Враховують також висоту рослин кожного ярусу.
Оцінюють характер розповсюдження (поодиноко, групами, плямами, рівномірно) та площу проективного покриття. Площа покриття або проективне покриття – це площа горизонтальних проекцій рослин на поверхню ґрунту (днища), яку виражають у відсотках від поверхні дослідної ділянки, яку приймають за 100 %. Проективне покриття визначають за допомогою квадратної рами або окомірно. Під час маршрутних досліджень широко застосовують окомірне визначення.
Визначають життєвість (пристосованість рослин до умов місцезростання), яку поділяють на наступні порядки:
5,4-надлишковий ріст та швидкий розвиток , що виходить за межі норми.
3-види з повним циклом розвитку, нормального росту, квітують і плодоносять,
2-вегетативний розвиток нижче нормального, але здатність квітувати і плодоносити не втрачена,
1-види явно пригнічені.
Отримані дані аналізують та визначають роль кожного виду в фітоугрупованні.
Ці дані записують до таблиці:
| Рослина | Ярус | Висота | Проективне покриття,% | Характер розповсюдження | Життєвість | Роль виду в угрупованні |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
Роблять висновки.