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