10609

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет»

Афанасьева И.М.

Экология растений, животных и микроорганизмов

Учебно-методическое пособие по подготовке к выполнению лабораторных работ

для обучающихся по дисциплине экология растений, животных и микроорганизмов, направлению подготовки 05.03.06 – экология и природопользование, профиль природопользование

Часть I

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

5

Заготовка материалов для практических занятий по экологии

Материал для занятий, проводимых обычно в осенне-зимнее время, заготовляют заранее, в период вегетации изучаемых растений.

Гербарий. Сбор и заготовка его проводятся по общепринятым правилам гер6аризации. Нужно помнить, что цель знакомства студентов с гербарными экземплярами на занятиях - не только различить и запомнить виды растений, но и усвоить те особенности внешнего облика и строения, которые отражают условия существования. Поэтому при сборе и гербаризации растений следует особенно позаботиться о том, чтобы такие экологически значимые черты были хорошо видны. Это в равной мере относится к заготовке демонстрационного гербария для лекционного курса по экологии растений. Например, на гер6арных экземплярах гетерофилльных гидрофитов должны присутствовать подводные и надводные листья, у травянистых псаммофитов — песчаные корневые «чехлики» и т. д. В тех случаях, когда практические работы проводятся с использованием гер6арного материала, сухого или размоченного (измерение площадей световых и теневых листьев, изготовление реплик с поверхности листьев для подсчета устьиц и т. д.), заготовлять его нужно большим запасом. Можно отдельно заготовить листья, корни, семена и др.

Фиксированный материал (листья, стебли, корни, сочные плоды). Для изготовления на занятиях временных препаратов, конечно, лучше всего пользоваться свежими растениями, Но чаще всего приходится использовать растительный материал, зафиксированный в 70% -ном этиловом спирте.

Для некоторых работ (по теме «Влияние света» и др.) необходимо, чтобы в клетках хлоренхимы листа можно было хорошо различить и сосчитать хлоропласты. Поскольку при обычной спиртовой фиксации они разрушаются, для этих случаев листья фиксируют в смеси Гаммалунда: на щенный раствор — 15 частей (весовых), формалин -1 часть, вода - 5 частей. Через две недели материал переносят в 70%-ный спирт, в котором он хранится. Фиксация в этой смеси позволяет сохранить зеленую окраску хлоропластов (правда, это не хлорофилл, а осаждающиеся на их поверг сти закисные соли меди).

Изображения растений и препаратов. Чрезвычайно полезна демонстрация на занятиях изображений изучаемых растений по принципу «растение у себя дома» — в естественных местообитаниях, по возможности с деталями, характеризующими условия среды (например, «портреты» лесных трав в глубокой лесной тени и на светлой опушке; плавающих на

6

поверхности воды гидрофитов; галофитов на солончаках с корочкой соли). С этой целью могут быть использованы слайды, рисунки, фотографии, иллюстрации из книг.

Для отдельных практических работ полезно иметь набор микрофотографий, сделанных с препаратов под световым или электронным микроскоп с обозначениями и кратким пояснительным текстом. Так, при анализе с клеточных структур фотосинтетического аппарата у гелиофитов и сциофитов элементы внутренней структуры хлоропластов изучают на электроннограмах. По ним же можно делать схематические зарисовки и измерения качественных показателей.

Некоторые количественные методы, применяемые на практических занятиях

Измерение площади листа. Чтобы измерить площадь листа, нужно вначале получить его отпечаток на бумаге, используя свежие листья, гербарный или размоченный материал. Простейшие способы это оконтуривание листа (или его силуэта в проходящем свете) и получение его отпечатков светочувствительной бумаге - чертежной «синьке», «хромовой бумаге». Последнюю приготовить несложно: белую бумагу (лучше фильтровали я окрашивают в насыщенном растворе бихромата калия (К2Сг207) до ярко-оранжевого цвета, высушивают в темноте в расправленном виде и хранят в пакетах из черной бумаги. Листья раскладывают на хромовой бумаге, прижимают стеклом и выставляют на яркий свет (солнечный или электрический) на 1-2 ч; за это время освещенные участки бумаги буреют. Сняв листья, обводят по контуру их отпечатки. Возможно и применение сла6о-чувствительной фотографической бумаги, но она требует очень коротких экспозиций и последующего проявления. Есть и еще один простой способ и лучения отпечатков листьев, известный из практики художниковоформителей листья вместе с бумагой, на которой они уложены, обрызгивают краской из пульверизатора, полученные белые силуэты затем оконтуривают. Существует много способов определения площади листа. В современных исследовательских работах применяют различные приборы, например фотопланиметр с использованием фотоэлементов, установки с телевизионным устройством и т. п. На учебных занятиях определить площадь листа по контуру можно с помощью простого прибора - полярного планиметра.

7

Другой простой способ-вырезание и взвешивание ига точных весах отпечатка листа и кусочка такой же бумаги с известной площадью. Затем площадь листа рассчитывается по пропорции.

Для некоторых работ бывает нужно выяснить не саму площадь листа, а соотношение площадей листьев одной и той же формы, Но разных размеров (например, световых и теневых листьев одного и того же дерева если форма их не меняется). Для этого подбирают геометрическую фигуру, и которую вписывается лист (прямоугольник, треугольник, круг и т. д.), строят подобные фигуры на сравниваемых листьях. Определить их площадь и получить искомое соотношение не составляет труда.

Измерение площадей на зарисовках препаратов. Эта процедура проводится теми же способами, что и определение площади листа. Чтобы найти соотношение развития различных тканей в органе, измеряют площадь среза и площади участков, занятых отдельными тканями. Затем они рассчитываются в процентах к площади среза, принимаемой за 100°/ о, или определяется их соотношение.

Измерения под микроскопом. Для измерений на препаратах под микроскопом используют окуляр-микрометр – линейку, вставленную в окуляр. Предварительно нужно определить цену ее деления, установив на столик микроскопа объект-микрометр – предметное стекло с нанесенными на него делениями и (одно деление шкалы равно 10 мкм). Сфокусировав микроскоп на шкалу объект-микрометра, поворачивают окуляр таким образом, чтобы обе линейки (окулярная и объектная) были параллельны (рис.1,2).

Рис. 1 Определение цены деления окулярного микрометра с помощью объективного микрометра

Деления их не совпадают. Одну из линий в начале окулярной линейки (слева) совмещают с линией на шкале объект-микрометра (рис. 1, А).

8

Отмечают такие же совместившиеся линии в конце шкал (справа) (рис. 1, Б) и подсчитывают количество делений между ними (мелких) на каждой шкале. Число делений на шкале объект-микрометра, умноженное на 10 (т. е. длину данного отрезка АБ в микрометрах), делят на число делении по шкале окулярной линейки. Полученная величина - это и есть цена деления окулярмикрометра в микрометрах.

Рис.2 Внешний вид окулярного микрометра

Число делений объект-микрометра на отрезке АБ – 30 Длина отрезка АБ 42 – 12 мкм

Число делений окуляр-микрометра на отрезке АБ – 26 Цена деления окуляр-микрометра – 1,15 мкм

Следует запомнить: полученная цена деления действительна только для данного сочетания окуляра и объектива в используемом микроскопе ( пример, ок. 7, об. 40). При другом наборе оптики (а также при смене микроскопа) цена деления меняется, и требуется новый расчет. Если предполагаются частые и массовые измерения (например, при проведении самостоятельных исследований), то цена деления окулярной линейки должна быть рассчитана заранее для различных сочетаний окуляров и объективов, и рабочий микроскоп должен быть снабжен соответствующей таблицей.

9

Раздел I

Влияние условий освещённости на растения

Лабораторная работа №1 Общий вид и строение листа гелиофита и сциофита

Цель. По гер6арным экземплярам, рисункам или фотографиям сравнить общий габитус, основные морфологические черты, поперечные срезы, строение нижней и верхней эпидермы листьев у травянистых растений разных видов: гелиофита из лугового, степного или прибрежного местоо6итания и сциофита из травяного покрова тенистого широколиственного, смешанного или хвойного леса.

Материалы.

1.Гербарные экземпляры нескольких растений одного рода из разных условий освещения.

2.Поперечные срезы листьев гелиофита и сциофита.

3.Препараты нижней и верхней эпидермы листьев.

Задания.

1.Рассмотреть и зарисовать растение-гелиофит и растение-сциофит, поперечные срезы и участки нижней эпидермы листьев.

2.Составить сравнительную эколого-морфологическую характеристику, а также строение листа гелиофита и сциофита, отметив черты, связанные со световыми условиями; выявить и охарактеризовать черты, отражающие световые условия местообитания.

3.При большом увеличении (с использованием объективов х60 или х90) подсчитать число хлоропластов в палисадных клетках (на их проекциях в одной фокальной плоскости) подсчитать число хлоропластов в палисадных клетках (на их проекциях в одной фокальной плоскости).

4.Используя электроннограммы хлоропластов, определить число тилакоидов в гранах и относительную площадь гран на срезе.

Рассматривая растение-гелиофит, следует, прежде всего, обратить внимание на величину листовой поверхности, характер ее расчленения и расположения в пространстве. Листья гелиофитов обычно мелкие (у однодольных - узкие), светлоокрашенные (поскольку содержат небольшое количество хлорофилла), жесткие из-за хорошо развитой сети жилок и арматурной

10

механической ткани. Нередко листья имеют черты, способствующие отражению света (блестящая поверхность) или его частичного экранирования (светлое опущение, восковой слой). Эти свойства одновременно способствуют защите листа от перегрева и излишнего испарения воды при интенсивном освещении. Листья расположены под различными углами к горизонтальной плоскости, у многих гелиофитов - вертикально. Листья гeлиофитов имеют большую удельную поверхностную плотность (УПП), определяемую отношением массы листа к его площади. У гелиофитов она составляет 2,3 г/дм² (сырая масса), а обратный показатель (отношение площади листа к массе)-0,4 дм²/г (сырая масса). Иными словами, их лист при большой массе имеет ие6ольшую поверхность.

У «компасных» растений листья располагаются в пространстве в меридиональной плоскости (с севера на юг), или поворот листочков осуществляется таким образом, что каждый нижележащий листочек оказывается в тени вышележащего, что позволяет снизить до минимума солнечную радиацию получаемую растением в полуденные часы.

Стебли гелиофитов обычно крепкие, жесткие, имеют хорошо развитую проводящую систему (центральный цилиндр) и механическую ткань (склеренхиму).

На поперечном срезе листа гелиофита (рис.3) хорошо видны особенности его строения.

Рис.3 Общий вид и поперечный срез листа растения – гелиофита ревень тангутский Rheum tanguticum

1 – верхняя эпидерма; 2 – нижняя эпидерма; 3 – палисадная паренхима; 4 – губчатая паренхима; 5 – проводящий пучок