Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы "Школа № 171".

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города
Москвы "Школа № 171".
Проектно-исследовательская работа по теме:
Сравнительная характеристика жизненных стратегий S. gigantea и S.
canadensis.
Автор: Яковенко Елизавета Павловна,
Ученица 11 «Д» класса.
Руководители проекта:
Зайченко София Германовна,
МГУ кафедры высших растений.
К. б. н. Смирнов Иван Алексеевич.
г. Москва
2014-2015 учебный год
Оглавление
Страницы
1.Введение
3
2.Гипотеза
6
3. Место и время проведения работы
5
4. Методика исследований
7
5. Анализ собранных материалов
8
6. Выводы
12
7.Заключение
12
8.Список литературы
13
9. Приложение
15
2
1.Введение
Литературный обзор
S. gigantea (L.) и S. canadensis (L.) исконно произрастали в Северной Америке. Это
многолетние светолюбивые растения, предпочитающие богатое минеральное питание.
S. gigantea занимает пространство от Юга США до Северо-Западной части Канады
(подробнее на карте в приложении 2). На территории своего родного континента S.
gigantea в больших количествах встречается на влажных почвах: по берегам рек, в
болотах; не так многочисленны, но также встречаются популяции этого растения на более
сухих почвах: пустырях, по обочинам дорог.
S. canadensis расселяется от Юго-Востока до Северо-Запада Канады (подробнее в
приложении 3). Этот вид основывает средние по влажности почвы: на болотах его почти
нет, на сухих же землях, на полях, на обочинах дорог он встречается часто.
В 1758 году S. gigantea был впервые привезен в Европу. Его посадили в Лондонском
ботаническом саду как декоративное растение. S. gigantea начал распространяться с
рекордной скоростью 910 км в год. За 18 век он быстро обосновался во Франции,
Германии, Швейцарии, за 20 век - в Центральной Европе, Испании и Италии. В настоящее
время он уже расселился в странах Скандинавии, в России, на Дальнем Востоке, на
Гавайях, на островах Новой Зеландии и в Австралии.
История распространения S. canadensis прослеживается не так подробно. Известно, что он
в данный момент заселяет территории Европы, России, Японии, особенно много его в
Китае, Белоруссии.
Оба вида обладают высокой экологической валентностью, также они быстро
приспосабливаются к факторам среды, выходящим из их зоны оптимума. Особенно
неприхотлив S. gigantea. Переместившись в Европу, он очень успешно
акклиматизировался: расселился на засушливых почвах, на затененных территориях.
Экологическая опасность
В настоящий момент эти растения относятся к сорным. Их популяции неограниченно
растут как в странах Европы, так и в нашей стране и представляют экологическую
опасность для биотопов.
S. canadensis уже нанес вред растительным Дальнего Востока. Проблемы с
неконтролируемым распространением были зафиксированы в области Шанхая, где S.
canadensis и еще несколько инвазионных растений вытеснили и привели к вымиранию 30
исконных видов тех территорий.
На данный момент Solidago представляет серьезную экономическую опасность и
опасность для биотопов Белоруссии. S. canadensis наносит большой урон природе страны,
лесному и сельскому хозяйству. Он встречает мало конкурентов-растений, тем более что
его корни вырабатывают ингибиторы – вещества, которые подавляют рост других видов.
S. canadensis не подходит для пищи насекомым и травоядным. То есть нет факторов,
которые могли бы ограничить его рост, а использовать его как корм тоже нельзя. Каждый
3
куст Solidago производит до 100 тысяч семян, которые отличаются высокой всхожестью,
также происходит быстрое расселение за счет вегетативного размножения корневищами.
Экологи Белоруссии активно призывают не разводить этот вид на клумбах как
декоративный и не сажать его на кладбищах. Государство также берет ситуацию по
контроль: если на какой-либо территории начинает распространятся Solidago, созданные
районные инспекции природных ресурсов принимают меры по его уничтожению,
Институты собирают информацию об инвазионных видах, прослеживают их расселение.
Не исключено, что скоро более острой станет проблема распространения S. gigantea и S.
canadensis и в нашей стране. В настоящее время эти виды являются угрозой, например,
для Тульской и Калужской области. Высокие наземные побеги затеняют пространство под
собой, сильно развитые корневища не оставляют место для размещения растений других
видов, из-за интенсивного метаболизма корни впитывают минеральные вещества почвы,
конкурируя за ресурс питания с другими организмами. S. gigantea и S. canadensis
занимают большие площади, вытесняя исконные виды (в том числе культурные) из
биотопов. Это приводит к уменьшению биоразнообразия, и, следовательно, к
неустойчивости биоценозов. Вытеснение культурных видов может негативно сказаться на
сельском хозяйстве и экономике нашей страны.
Обоснование выбора темы
Нам стали интересны эти быстро распространяющиеся виды, которые представляют
опасность биоценозам России. Мы предположили, что механизм их расселения и
жизненную стратегию возможно выявить, исследуя динамику роста их корневищ.
Новизна
Данная работа посвящена исследованию и сопоставлению морфологии и экологии S.
gigantea и S. canadensis. Её новизна заключается в том, что мы изучили анатомию и план
строения корневищ, подробного описания которых нет в быстро доступных источниках.
Нам также стало интересно, чем различаются между собой подземные побеги этих
растений. Различать эти виды принято по обратной стороне листа: у S. gigantea она
гладкая, а у S. canadensis- шершавая. Рассмотрев способы разрастания двух родственных
растений, мы сравнили и противопоставили схемы их расселения корневищами.
Цель
Соотнести систему корневищ и особенности их роста у S. gigantea и S. canadensis,
предложить способ сравнения двух видов.
Задачи
 Сравнить длину корневищ растений, динамику их нарастания;
 Сравнить углы ветвления побегов;
 Сравнить количество пеньков (отмерших побегов);
 Сравнить количество молодых подземных стеблей.
4
2. Гипотеза
Кусты S. gigantea и S. canadensis отличаются, как правило, размерами: у растений вида S.
gigantea цветоносы многочисленны, площадь, занимаемая одним представителем,
довольно большая. S.canadensis же, достигая по высоте таких же размеров, как S.
gigantea, уступает ему по занимаемой площади. Мы предположили, что эти виды имеют
разные жизненные стратегии, то есть разные способы осваивания территории. При
исследовании наших объектов, за ходом роста удобней всего проследить по корневищам.
Мы выдвинули гипотезу, объясняющую разницу в динамике роста этих растений.
Корневища S. gigantea тонкие, условно говоря, последовательно отходят от одного
основания. Иногда куст пускает подземный побег длиной несколько десятков
сантиметров, образуя еще одно скопление корневищ. Если смотреть сверху, то создается
впечатление, что это два растения. При этом более старые корневища S. gigantea
отмирают. Как правило, это те многолетние побеги, с которых началась «линия»
корневищ.
S. canadensis имеет утолщенные многолетние подземные стебли. Нарастание молодых
побегов происходит беспорядочно, из разных точек. Длинной протяженностью
Корневища S. canadensis не обладают, они сосредотачиваются на небольшой площади.
5
3. Место и время проведения наблюдений
Полевые исследования проходили с 23 августа по 29 августа 2014 года неподалеку от села
Успенского, это Одинцовский район Московской области России. Село расположено на
берегу Москва-реки, на Рублёво-Успенском шоссе.
Материал, то есть корневища, собирали с прилежащего к селу поля, расположенного
сбоку от дороги.
На выбранном участке: умеренный климат, природная зона смешанных и
широколиственных лесов, рельеф равнинный. Биотоп типичный для придорожного луга
Московской области: пространство в основном открытое, изредка попадаются невысокие
кусты ивы, небольшая группа высоких растений сухие дерновые почвы. Растительность
представлена злаками (райграс (Lolium), мятлик (Poa), душистый колосок (Anthoxаnthum),
астровыми (полынь (Artemisia), бодяк (Cirsium)).
Фотография биотопа помещена в приложение (1).
6
4. Методика исследований
Полевая работа:
1. Сбор корневищ и корней S. gigantea и S. canadensis;
2. Фотографирование растения на месте его произрастания;
3. Измерение высоты побегов (считая от верхушки самого высокого ствола до земли);
4. Измерение куста в обхват (длина и ширина);
5. Подсчет количества побегов;
6. Выкапывание растения;
7. Измерение длины придаточных корней считая от начала ствола (были взяты данные о
самом длинном корне);
8. Измерение длины корневищ.
Камеральная обработка материала:
1. Анализ собранных материалов;
2. Схематичная зарисовка корневищ (рисунки в приложении 4);
3. Подсчет количества пеньков (то есть отмерших или неразвившихся побегов);
4. Измерение длины подземных побегов;
5. Измерение углов ветвления подземных побегов;
6. Занесение полученных данных в таблицы (для удобства сравнения);
7. Вычисление для величин углов среднеквадратического отклонения (σ) по формуле
σ=
, где
a - среднее арифметическое значений величин углов;
x1, x2, xn - данная величина угла;
n – количество значений.
7
8. Сопоставление двух видов по вышеперечисленным параметрам (п. 3, п. 4, п. 5);
9. Выявление различий между растениями;
10. Составление диаграмм (для наглядности);
11. Опровержение или подтверждение гипотезы.
Выражаю благодарность ученицы 11 «Д» класса школы №171 Артамоновой Анастасии,
участвовавшей в выкапывании корневищ, их обработке и зарисовке.
5. Анализ собранных материалов
Всего было собрано 8 растений: 3 S. gigantea и 5 S. canadensis.
При сравнении схем развития подземных корневищ представителей двух видов были
получены следующие данные (таблицы по диаграммам помещены в приложения 5, 6, 7,
8. Рисунки некоторых корневищ представлены в приложении 4).
1. Кусты S. gigantea более обширны, раскидисты. Пробег стебля в среднем больше,
чем у S. canadensis.
У S. gigantea происходит активный рост подземных побегов, территория
осваивается быстро. Это растение отличается высокой экологической
валентностью: ни недостаток солнечного света, ни засухи, ни обильные осадки не
останавливают прирост корневищ (приложение 5).
8
2. У S. canadensis углы ветвления более разнообразнее, чем у
S.gigantea.
S. сanadensis для жизнедеятельности необходимо большое количество света.
Чтобы хлоренхимоносные стволы на поверхности получали максимально
возможное количество света в данных условиях, растение, управляемое
фототаксисом, будет наклонять побеги (приложение 6).
Угол ветвления
побегов
S. gigantea, °
9
Среднее арифметическое
значение для ветвления углов
Среднеквадратическое
отклонение ветвления
углов
135
105, 78
5,44
130
105, 79
5,44
125
105, 80
5,44
120
105, 81
5,44
115
105, 82
5,44
110
105, 83
5,44
105
105, 84
5,44
100
105, 85
5,44
90
105, 86
5,44
Угол ветвления
побегов
S. canadensis, °
Среднее арифметическое
значение для ветвления углов
Среднеквадратическое
отклонение ветвления
углов
130
107,5
6,06
120
107,5
6,06
115
107,5
6,06
110
107,5
6,06
100
107,5
6,06
90
107,5
6,06
85
107,5
6,06
80
107,5
6,06
3. У растений вида S. canadensis на побеге образуется гораздо больше пеньков на
единицу площади.
10
Пеньками мы условно обозначили прошлогодние побеги.
Так как S.gigantea в отличие от S. canadensis неприхотлив к действующим на него
экологическим факторам, он растет быстрее. Можно предположить, что наиболее старые
побеги S.gigantea отмирают и сгнивают. Ведь «содержание» их требовало бы
дополнительные вещества и энергию, что замедляло бы распространение (приложение
7).
4. Корневища S. gigantea по сравнению S. canadensis имеют много молодых побегов.
11
Тонкие однолетние подземные побеги без почек отходят от более мощных основных
корневищ. У S. gigantea каждый год появляется много новых побегов. Происходит
быстрое освоение территории (приложение 8).
6.Выводы
На изучаемом участке поля:

Нарастание корневищ S. gigantea происходит активней, побеги длинней, чем у S.
canadensis;

У S. canadensis углы ветвления более разнообразны, чем у
S.gigantea;

Количество пеньков у S. canadensis больше, чем у S. gigantea;

Количество молодых подземных побегов у S. gigantea больше, чем у S. canadensis.
Вид
Длина
корневищ
S.
gigantea
Углы
ветвления
побегов
Количество
пеньков
Количество молодых
побегов
(неразвившихся
побегов)
больше
менее
меньше
разнообразны
больше
S.
меньше
canadensis
более
больше
разнообразны
меньше
Опираясь на полученные данные, можно считать, что поставленная нами гипотеза о
разных жизненных стратегий S. gigantea и S. canadensis подтвердилась.
7. Заключение
На основе изученных литературных данных я составила рекомендации по борьбе с этими
сорными растениями.
Очевидно, что не стоит сажать и разводить эти виды в качестве декоративных. S.gigantea
и S. canadensis быстро разрастутся, распространятся и вытеснят с территории другие виды.
Хозяйственные организации, садовники и дачники используют против сорняков
гербициды, в состав которых входит глифосфат: «Раундап», «Глифор», «Торнадо»,
«Ураган». Их специфическое действие заключается в том, что они блокируют жизненно
важные процессы сорняка, и через две недели после обработки, растение полностью
вянет, от цветоносов до корневищ и корней. Этот способ очень удобен и требует малых
затрат сил, так как не нужно выкапывать кусты и обширные корневища растения, чтобы
оно перестало приносить вред. Однако существует много споров о том, насколько
безопасно это вещество для человека, обитающих в почве животных, как долго оно
12
разлагается и не токсичны ли продукты его распада.
Практикуется также обрабатывание земли способом мульчирования. Этот способ
безвреден для животных и человека. Он заключается в том, чтобы покрывать почву
мульчей. В качестве мульчи используют, например, скошенную траву, листья, кору,
опилки, резаную бумагу, картон. Этот защитный слой сократит численность сорняков, так
как до них не будет доходить свет- необходимый фактор для прорастания. Подобное
прикрытие почвы уменьшит испарение влажности с её поверхности и сохранение её
рыхлой.
Существует всем известный способ выкапывания растения. Для этого придется тщательно
выбирать мощную систему корневищ. Рекомендуется использовать не лопату, а вилы.
Работая лопатой, можно измельчить корневища, не заметить их и оставить в земле. То
есть дать им возможность размножиться вегетативно. На данный метод борьбы с
сорняками придется потратить значительное количество сил и времени.
Ещё один вариант – это «вырезать» цветоносные побеги и часть корневищ. При этом не
нужно сильно углубляться, достаточно 5-7 см. Это можно сделать с помощью плоскореза
Фокина (фотография инструмента в приложении 9). Корневища Solidago получат сигнал,
что нужно вырастить новые цветоносы и разбудят спящие почки. После того, как зеленые
побеги подрастут, их нужно снова подрезать и так несколько раз. С каждым прорастанием
Solidago будет слабеть. Таким образом сорняк будет истощен. В этом случае, растение или
погибнет, или (учитывая морфологические особенности Solidago) «уползет» с помощью
корневищ. Этот способ проще, чем выкапывание растение целиком, но не дает точной
гарантии тог, что растение не переместится в другое место.
Чтобы урегулировать численность их видов и не дать растениям распространятся, можно
срезать соцветия до созревания семян. Таким образом, они не смогут размножаться и
расселяться.
8. Список литературы
Литературные источники
1. E. Weber, G. Jakobs. Biological flora of central Europe: Solidago gigantea
Aiton//Geobotanical Institute, Federal Institute of Technology, Zurichdergstrasse 38,
CH-8044 Zurich, Switzerland.- 2004. – C. 110-118.
2. Patricia A. Werner, Ian K. Bradbury, and Ronald S. Gross. The biology of Canadian weeds.
45. Solidago Canadensis L// W. K. Kellogg Biological Station and Department of Botany,
Michigan State University, Hickory Corners, Mich. 49060, U.S.A. Department of
Geography, University of Liverpool, Liverpool L69 3BX England, 1980. – C. 1393-1406.
3. Маевский П.Ф. Осенняя флора средней полосы европейской части СССР.
Определитель/ - Издательство: УЧПЕДГИЗ, 1961. – C. 150.
13
4. Bradbury, I. K. and Hofstra, G. The partitioning of net energy resources in two
populations of Solidago canadensis during a single developmental cycle in southern
Ontario// Can. J. Bot. - 1976 - № 55 – С. 1121-1127.
5. Werner, P. A. Ecology of plant populations in successional environments// Syst. Bot.1976. - № 1. – C. 246-268.
6. Werner, P. A. and Platt, W. J/ Ecological relationship of co-occurring goldenrods
(Solidago: Compositae)//Amer. Nat.-1976. - № 110. - C. 959-971.
7. Smith, A. P. The effect of goldenrod and asters on germination and growth of oldfield
herbs// M. Sc. Thesis, Duke University, Durham, N.C. – 1969 –C. 131
8. Jakobs, G., Weber, E., Edwards, P. J., Introduced plants of the invasive perennial
Solidago gigantean are larger and grow denser than conspecifics in the native range//
Diversity Distributions.- 2004.- № 10.- C. 10-19.
9. Weber, E., The dynamics of plant invasions: a case study of three exotic goldenrod
species (Solidago L.) in Europe// J. Biogeogr. - 1998. - № 25. – C. 147-154.
10. Weber, E., Scmid. Latitudinal population differentiation in two species of Solidago
(Asteracea) introduced into Europe// Am. J. Bot. - 1998. –№85. - C. 1110-1121.
11. Meyer, G. A., Weber, E., Egan, T., Clare, R., Do introduced plants reduce their allocation
to defense? An experimental test with goldenrod (Solidago gigantea.)// Ecol. Soc. Am.
Annu. Meeting Abstr.-2001. - №86. - C. 318-319.
Интернет источники
1. Беларусь: вчера, сегодня, завтра / Форум. - URL:
http://www.sgvavia.ru/forum/214-2852-14 (дата обращения: 11.01.15).
2. Новость дня./ - URL: http://news.tut.by/society/357502.html (дата обращения:
5. 01.11).
3. Как избавится от пырей без химии/- URL: http://garden4u.ru/eko-sad-iogorod/kak-izbavitsya-ot-pyireya-bez-himii.html (дата обращения: 18.01.15).
4. Экосводка. Обозрение/ - URL: http://www.seu.ru/svodka-ob/4/06.htm ( дата
обращения: 18.01.15).
5. Большая совецкая энциклопедия. Квадратичное отклонение/ - URL:
http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/94552/Квадратичное (дата обращения:
19.01.15).
14
9. Приложение
Приложение 1
Фотография выбранного места исследования.
Приложение 2
S. gigantea занимает пространство от Юга США до Северо-Западной части Канады.
Приложение 3
S. canadensis расселяется от Юго-Востока до Северо-Запада Канады.
15
16
Приложение 4
Рисунки некоторых корневищ.
Рис. 1. Побег S. gigantea. Вид снизу.
17
Рис. 2. Побег S. gigantea. Вид сверху.
18
Рис. 3. Побег S. canadensis. Вид сверху.
Рис. 4. Побег S. canadensis. Вид сбоку, сверху, снизу.
19
Рис. 5. Побег S. gigantea. Вид сверху.
Приложение 5
Вид
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
20
Длина побега, см
13
11
7
7
4
9,7
11,2
14,2
6
9,5
7,2
5
4
6,7
Вид
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
Длина побега, см
11,5
8,5
3,5
7,2
6,2
10,2
8,5
6,5
10,5
5,1
4,3
6,4
10
2,3
Приложение 6
Вид
S. gigantea
S. gigantea
Угол ветвления, °
125
115
21
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
S. gigantea
120
100
130
125
90
125
120
90
135
105
100
110
105
110
110
90
115
110
130
100
90
Вид
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
Угол ветвления, °
80
100
120
85
130
120
110
100
90
115
120
120
130
100
115
90
120
110
110
90
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
S. canadensis
100
115
120
90
Приложение 7
Количество пеньков на побеге S.gigantea
3
8
Количество пеньков на побеге S.
сanadensis
6
12
Приложение 8
Кол-во молодых побегов S.gigantea
12
11
Кол-во молодых побегов S.
сanadensis
3
0
Приложение 9
Плоскорез Фокина. Картина взята с сайта http://www.sreda-info.ru/rub-9/898.html
22