Педагогическое тестирование как средство оптимизации контроля процесса обучения по дисциплине «Биоиндикация» в учреждении НПО

Овес и рис используют как индикаторы почвенных противозлаковых  гербицидов, так как это наиболее чувствительные виды среди злаковых культур. При этом основным тестом является ингибирование роста зародышевого корня и листа.

У соевых бобов (определенные сорта) при воздействии определенными  дозами CО₂ появляются признаки повреждения, изменяются скорость роста и урожайность.

Редис является традиционным биотестом при исследовании остатков пестицидов в почве и конечной продукции растениеводства, так как обладает по сравнению с другими объектами наиболее высокой чувствительностью к фитотоксичным препаратам, что обусловлено высокой энергией прорастания его семян и скороспелостью культуры. В.И. Шунелько для тестирования различных доз загрязняющих веществ в почве использовала редис с белым кончиком, кресс-салат, овес и пшеницу. Причем, редис с белым кончиком наиболее чувствительным оказался к Cd, Zn, Cu, Ni, кресс-салат к Pb, пшеница к Cd, Zn. И это не единственные случаи применения культурных растений в качестве тестерных организмов. В качестве тест-организма используют ячмень, пшеницу, семядоли табака и петунии [19, 47, 56].

Крест-салат обладает повышенной чувствительностью к загрязнению почвы тяжелыми металлами, а также к загрязнению воздуха газообразными выбросам  и автотранспорта [10]. Этот биоиндикатор отличается быстрым прорастанием семян и почти стопроцентной всхожестью, которая заметно уменьшается в присутствии загрязнителей. Кроме того, побеги и корни этого растения под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям (задержка роста и искривления побегов, уменьшение длины и массы корней, а также числа и массы семян).

Хорошими биотестами на превышение в окружающей среде свинца и других загрязняющих веществ можно назвать  многолетние древесные растения - буковые, березовые, хвойные [30, 43]. Преимущество их перед другими тест – объектами заключается в том, что они являются многолетними. Это позволяет отслеживать отдаленные последствия воздействия мутагенов, определять характер изменения при длительном их воздействии. Древесные растения широко используются в озеленительных зонах вокруг промышленных объектов, вдоль шоссейных дорог, то есть в тех местах, где опасность антропогенного загрязнения особенно велика.

В литературе встречается немало случаев  использования для биомониторинга не только древесных лесообразующих пород, но и фруктовых деревьев – абрикоса, персика, винограда они являются очень чувствительными к низким концентрациям фторидов [89].

На сегодняшний день круг объектов биоиндикации и биотестирования  в последние годы расширился. Центром  экологической политики России разработаны  методические рекомендации, в которых предложены растения биоиндикаторы: береза повислая (Betula pendula L.), вьюнок полевой (Convolvulus sarvensis L.), кипрей узколистный (Epilobium angustifolium L.), многие цветочные культуры. На сегодняшний день актуальным является прогнозирование качества городской среды по состоянию цветочных культур, используемых в озеленении городов [8, 31, 88].

На данный момент известно много  случаев использования в качестве биотестов и биоиндикаторов декоративных цветочных культур.

Самым подходящим биотестом на токсичные элементы является традесканция (Tradescantia scabiosa L.), в листьях которой сосредоточено много антоциана фиолетового водорастворимого пигмента, локализованного в вакуолях. В ответ на действие токсичных микроэлементов листья традесканции, выращенной на загрязненной почве и воде, теряют фиолетовую окраску: чем выше уровень металлов, тем больше их поступит в тест-растения и в большей степени они потеряют антоцианы. Для оценки токсичности многих загрязняющих веществ, в том числе и металлов, в качестве индикатора используют микроядрышки бутонов традесканции, выращенной на контрольной и загрязненной почве. Чувствительной она является и к выхлопным газам автомобилей. Французские ученые подметили, что окраска ее тычинок меняется из синей в розовую при увеличении в воздухе окиси углерода и окислов азота, выбрасываемыми двигателями внутреннего сгорания [69, 88].

Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод о том, что различные виды и сорта растений по-разному реагируют на воздействие загрязняющих веществ. Один вид растений может реагировать на воздействие только одного загрязняющего вещества, а некоторые виды растений реагируют на воздействие двух или более загрязняющих веществ, другие же виды не реагируют вообще или их ответная реакция очень слаба. Реакции различных сортов и видов растений на воздействие загрязняющих веществ или их комплекс – очень разнообразны. Поэтому, следует выбирать те виды или сорта растений, которые дадут определенную реакцию на воздействие данного загрязняющего вещества. Разнообразие реакций на воздействие загрязняющих веществ, обусловленное разной степенью чувствительности растений, позволяет отбирать наиболее подходящие виды растений в целях использования их в качестве тест-объектов.

4. Характеристика и использование представителей семейства рясковые (Lemnaceae)

Представители семейства  рясковых являются самыми маленькими растениями в мире. Размер растений не превышает 1 см. В результате гидрофильной эволюции они достигли крайней степени редукции всех органов, поэтому по простоте строения занимают первое место среди цветковых растений. Это – водные, свободно плавающие, многолетние травянистые растения.

Вегетативное тело по виду напоминает крошечный плавающий лист или  слоевище низших растений, поэтому  длительное время их считали водорослями [24, 103, 104].

Семейство Рясковые (Lemnaceae) по строению листецов, положению соцветий и наличию  или отсутствию покрывала при  них разделяется на 2 подсемейства: Собственно рясковые (Lemoideae), наиболее примитивные, и Вольфиевые (Wolffioideae), более продвинутые. У каждого из подсемейств есть свои особенности. Представители подсемейства вольфиевых характеризуются следующими особенностями: не имеют корней, снабжены одним базальным кармашком, соцветие одно, реже два, состоящее из одного женского и одного мужского цветка, лишенного пленчатого покрывала [105].

Особенности подсемейства Собственно рясковые рассмотрим более подробно, так как ряска малая, которую  мы использовали как биоиндикатор для  биотестирования загрязнения поверхностных  вод, относиться именно к этому подсемейству.

Единодушного мнения в терминах для обозначения тела этих растений не сформировалось до сих пор, так  как его называют филлокладием, вайей, щитком, пластинкой, фрондом, листецом, стеблем или листом. У отечественных ботаников чаще употребляется термин листец, а у зарубежных – фронд [105].

Вегетативное тело рясковых – листецы состоят из паренхимных  клеток хлоренхимы, разделённых большими межклеточными полостями, заполненными воздухом. Листецы рясковых либо одиночные, либо соединены в небольшие группы или цепочки короткими или удлиненными ножками, образованными суженной частью листеца (гиалиновой нитью) [24, 103, 104].  Форма листецов может быть почковидной, округлой, элептической, ланцетной, линейной или овальной [105].

Проводящая система  неразвита. Корни развиты слабо  и не достают грунта, по строению простые, одинарные или в виде пучка, отходят от брюшной поверхности  листеца и выполняют функции  якоря.

Срединная часть листеца  ряски расщеплена двумя боковыми кармашками, в которых закладываются вегетативные почки, дающие начало дочерним листецам при вегетативном размножении. Иногда в одном из кармашков развивается соцветие.

Цветут ряски в летний период, обычно в июне – августе, иногда в конце мая или в  сентябре. Цветки однополые, без околоцветника, в соцветии, состоящем из 1 пестичного и 2 тычиночных цветков, расположенных в боковых углублениях листеца, так называемых кармашках, и окруженных пленчатым покрывалом. Плод невскрывающийся, мешочкообразный, размером около 1мм., с крыловидными краями, содержащий 1—7 семян. Плоды хорошо видны невооружённым глазом, они чуть больше макового зёрнышка [36].

Рясковые размножаются преимущественно вегетативно, отдельный  лист может пройти 10 делений за период 7 – 10 суток. Из-за высокой скорости размножения рясковые нередко образуют сплошной покров на поверхности стоячих водоемов.

Цветение у рясок  наблюдается крайне редко, и поэтому  даже специально регистрировалось. В  Финляндии отмечено 33 случая цветения с 1685 по 1947 г., в Польше только 2 раза с 1679 по 1959 г., в Америке цветущий многокоренник за последние 200 лет наблюдали не более 20 раз. В Армении, по сообщению А.Л. Тахтаджяна, в 1932 г. в озёрах Лорийской нагорной равнины наблюдали массовое цветение ряски.

Для средней полосы России за период с 1814 по 1978 г. в печати появились сообщения лишь о 25 находках цветущих рясок. В июне 1995 г. в г. Краснодаре отмечено интенсивное цветение ряски в озере Карасун и в каналах района Шапсугского водохранилища в мае 2000 г. Возможно цветение рясковых часто остаётся незамеченным ботаниками из-за микроскопических размеров цветков.

Рясковые – растения космополиты, (особенно ряска малая) распространены по всей Земле, за исключением жарких сухих пустынь и холодных полярных областей. Около половины из 30 видов семейства обитают в тропиках и субтропиках, остальные – в умеренном поясе [105].

Семейство рясковые – это многолетние растения, которые перезимовывают семенами (что бывает редко), обычно в виде листецов, иногда листецы утолщаются, становятся более округлыми и заполняются крахмалом. Такие образования называют турионами или покоящиеся почки. Они встречаются у многокоренника. Осенью турионы погружаются на дно водоема, а весной всплывают и начинают размножатся дальше [105].

Температура воды, при которой может существовать ряска, колеблется в очень широком диапазоне - от 12 до 30 °С. Жесткость и активная реакция воды для нее значения не имеют.

России обитает только 5 видов  из семейства рясковые:

1. Ряска малая (Lemna minor L.),
2. Ряска тройчатая (Lemna trisulca L.),
3. Ряска горбатая (Lemna gibba L.),
4. Многокоренник обыкновенный (Spirodela polyrrhiza L.),
5. Вольфия бескорневая (Wolffia arrhiza L.).

Использование рясковых самое разнообразное:

1. Источник корма.

Рясковые играют достаточно важную роль как в природных экосистемах (это корм для многих рыб, околоводных птиц и млекопитающих), так и непосредственно для человека. Ряска может служить и кормом для домашних животных, и использоваться в рационе питания человека.

В Юго-Восточной Азии (Таиланд, Бирма, Лаос) население уже много поколений использует вольфию шаровидную как овощ. В Мексике ряску горбатую продают на продовольственных рынках. Есть также сведения, что рясковые, именуемые "водным маисом", были важным пищевым продуктом для древних майя в Гватемале.

Сухая масса рясковых содержит в среднем около 35% белков, примерно столько же углеводов и 10-15% жиров. Остальное приходится на клетчатку. Белок рясковых отличается высокими потребительскими свойствами - за исключением метионина, цистеина и триптофана он содержит все необходимые для питания аминокислоты в количествах, соответствующих нормам Всемирной продовольственной и сельскохозяйственной организации. По содержанию необходимых аминокислот рясковые превосходят такие продовольственные культуры, как кукуруза и рис, а также обогащены лизином, аргинином, глутаминовой кислотой. Содержание углеводов варьирует между 14 и 43% от сухого веса, но и этот показатель можно увеличить на 40% специальными добавками при культивировании. Рясковые также богаты витаминами А1, В1, В2, В6 , С, в особенности много в них витаминов Е (около 0,5 мг/г сухого веса) и РР (никотинамид) - около 0,8 мг/г сухого веса [105].

Решающее значение для  использования растения как источника  пищи и фуража имеет его продуктивность - а она у рясковых неожиданно высокая, несмотря на крошечные размеры. Кроме того, использовать можно все растение целиком (а не отдельные части), и в течение всего вегетационного периода. Годовой урожай на возделываемой поверхности у рясковых выше, чем у любого другого пищевого растения.

Возможности использования  рясковых как фуража или добавочного  корма испытаны на молочных коровах, бычках, свиньях, овцах, кроликах, нутриях, ондатрах на звероводческих фермах, а  также утках, индейках, прудовой рыбе. У большинства видов положительное влияние кормления рясковыми проявлялось в быстрой прибавке веса.

2. Применение рясковых в медицине.

Представителей семейства  рясковые широко используют в народной медицине при различных заболеваниях, а также с успехом применяются  препараты ряски в дерматологии при аллергических заболеваниях кожи.

Из рясковых, особенно из вольфии, производят и пористые микрокапсулы, состоящие из неразрушенных клеточных  стенок, которые используют в хроматографии  для разделения смеси веществ  на основе различий размеров их молекул, например, отделения низкомолекулярных сахаров, солей от макромолекул (белки), коллоидов и суспензированных частиц (клетки, органеллы). В частности, на этой основе разработаны процессы очистки крови. Перспективно использование таких капсул в молочной промышленности, в очистке питьевой воды.

3. Очистка вод с помощью рясковых.

В природе рясковые особенно хорошо растут в эвтрофных, т.е. обогащенных  питательными веществами (нитраты, аммиак, фосфаты) водоемах. Опыты показали, что эти растения устойчивы к  очень высоким концентрациям этих веществ – таким, которые наблюдаются в водоемах, куда поступают отработанные коммунальные, сельскохозяйственные и промышленные воды. Благодаря быстрому росту рясковые поглощают огромное количество таких веществ, тем самым, очищая воду. Эти свойства рясковых позволили их использовать для очистки технической воды, отработанных вод с животноводческих ферм.

Поскольку рясковые могут  накапливать и токсичные тяжелые  металлы, эти растения предлагают использовать и в очистке промышленных вод. Ряска малая, например, за двое суток уменьшает содержание меди в отработанной воде с 5 мг/л до 1 мг/л. Правда, тяжелые металлы вызывают у растений повреждения, но и это может быть использовано - наличие характерных симптомов дает основания для контроля качества воды (биомониторинг) [104].