Кабирова Лиана Рустамовна Бирский филиал Башкирского государственного университета, Бирск, Россия Научный руководитель: Лыгин С.А. – канд. хим. наук, доцент, кафедра химии и методики обучения химии БФ БашГУ МОНИТОРИНГ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА НА ПРИМЕРЕ ЛЮТИКА ЕДКОГО (RANUNCULUS ACRIS L.) С. БАЙКИ КАРАИДЕЛЬСКОГО РАЙОНА РБ Актуальность: выявление махровости 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. 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 (Pb), оказывающего влияние на проявление гена махровости. В популяциях разных видов лютиков, наряду с нормальными цветками встречаются махровые цветки с 6-9 и более лепестками. Подтверждено [5], что этот признак появляется в результате мутации гена, определяющего развитие нормального цветка. Если принять во внимание, что это признак моногенный, тогда нормальный цветок – это признак доминантный (А), махровый – рецессивный (а). Исследования проводились из расчета, что признак моногенный (Аа). Мутация растений - сложный генетический процесс. Чаще расщепление родительских признаков происходит у растений, полученных при скрещивании. Причиной мутации могут быть радиоактивные или химические вещества, механические повреждения или другие стрессовые ситуации [2]. Вблизи автострад с интенсивным движением транспорта в почве может накапливаться до 1г свинца на 1кг почвы, который и является мутагеном для цветка [1]. В недалеком прошлом топливо, которое использовалось для двигателя внутреннего сгорания, представляло собой смесь нескольких углеводородных жидкостей, в которые для лучшей детонации добавляли специальные присадки. Самое известное вещество, Pb(CH3CH2)4-ядовитое используемое металлоорганическое для этого-тетраэтилсвине́ц соединение, применяемое в основном как антидетонирующая присадка к моторному топливу, повышающая октановое число. Вот почему в бензине можно было обнаружить свинец. При сгорании 1л этилированного бензина в воздух попадало 200-400мг свинца [3]. Согласно [6] введен запрет использования этилированного бензина в Российской Федерации с 2009 года. Однако почва до сих пор содержит следы свинца. Тяжелые металлы накапливаются в почвенной толще, особенно в верхних гумусовых горизонтах. Период полуудаления тяжелых металлов из почвы (выщелачивание, эрозия, потребление растениями, дефляция) составляет в зависимости от типа почвы для: цинка - 70 – 510 лет; кадмия - 13 - 110 лет; меди - 310 – 1500 лет; свинца 740 – 5900 лет [4]. Методика исследования 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. Кабирова Л.Р. самостоятельно произвела все исследования и расчеты, используя метод биоиндикации и контроля окружающей среды под руководством доцента кафедры химии и МОХ Лыгина С.А. На расстоянии 3 м от дороги (позиция 1) были определены 3 участка размером 10*10 м, общей площадью 100 м2. Определен объект исследования – Лютик едкий, с усредненным числом экземпляров, на каждом участке по 200 штук. Таким образом в трех повторностях было изучено всего 600 штук. В результате эксперимента было установлено, что в среднем каждый 8 –й Лютик едкий на 200 штук подвержен мутации и имеет махровость, которая выражается в увеличении числа лепестков с 5 до 6(7) штук, что составило в среднем на трех участках 4,0 % от общего числа. Параллельно исследованным участкам, выше на 50 м (позиция 2) были определены 3 участка по 100 м2. Проводился подсчет лютиков по 200 штук на каждом участке, где махровость цветка выражена меньше: на 200 штук только каждый 5-й Лютик едкий проявлял махровость, что составило 2,5%. Это более чем на порядок ниже позиции 1. Таким образом, позиция 1, наиболее подвержена влиянию тяжелых металлов, чем позиция 2. Анализ почвы методом инверсионной вольтамперометрии ИВА - 400МК показал, что содержание свинца в придорожной полосе превышает ПДК. Метод обеспечивает получение результатов измерений массовой доли свинца в почве в диапазонах и с метрологическими характеристиками. Измерения проводились с помощью программного комплекса “Polar-4.0”, который предназначен для автоматического определения содержания тяжелых металлов и других элементов [7]. Частоту встречаемости гена махровости у мутированных лютиков можно подсчитать используя математическое выражение Харди-Вайнберга: p2AA + 2pqAa + q2aa = 1 Полученные данные позволяют определить частоту генов и генотипов, т.е. генетическую структуру популяции по изучаемому признаку. На примере позиции 1 вариант-1 (В-1) приведены расчеты с учетом всех основных пунктов определения генов и генотипов Лютика едкого. Рассчитано процентное содержание как нормальных, так и махровых цветков Лютика едкого, что составило: 94% и 6% или в долях 0,94 и 0,06 соответственно. Растения с махровыми цветками имели гомозиготный генотип – аа. По формуле a=√q2 частота генотипа аа в популяции составляет q2(0,060), а частота гена а составляет √q2 (0,245). Из формулы следует, что сумма частоты генов А и а есть величина постоянная pA+qa=1, тогда частота гена pA=1-qa =10,245=0,755. Растения с махровыми цветками имеют генотипы АА и Аа. Частота генотипа AA=p2 (0,570) , частота генотипа Aa=2pq=2*0,755*0,245=0,370. Результаты позиции 2 рассчитаны аналогично примеру позиции 1 В – 1. Полученные данные по гену и генотипу, а также количественному содержанию свинца в почве представлены в таблице 1. Таблица 1 Частота генов и генотипов в популяции Лютика едкого и Вариант Число растений На склоне горы (2) Позиция количественное содержание свинца в почве В-1 1-200 В-2 В-3 ∑ср. 1-200 1-200 200 У дороги (1) В - 1 1- 200 В-2 1-200 В - 3 1- 200 ∑ср. 200 Форма цветка простая Частота Частота генотипов генов в популяции в популяции А, рА а, qa АА, Аа, аа, q2aa доля р2AA 2pqAa махр-я доля 196 0,980 194 0,970 195 0,975 195 0,975 188 0,940 195 0,975 193 0,965 192 0,960 4 Pb (мг/кг) 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 0.245 0,570 0.370 0.060 6,69±0,11 0,158 0,709 0,266 0,025 6,30±0,34 0,187 0,661 0,304 0.035 6,25±0,21 0,197 0,647 0,313 0,040 6,41±0,22 0,020 6 0,030 5 0,025 5 0,025 12 0,755 0,060 5 0,842 0,025 7 0,813 0,035 8 0,803 0,040 Величина ПДК (мг/кг) 6,0 В результате эксперимента выявлено, что в придорожной полосе содержание свинца гораздо больше, чем на склоне горы и превышает ПДК в позиции 1 примерно на 7 %. Махровость цветка Лютика едкого наблюдается в результате мутации. В среднем на каждые 200 штук приходится 8 махровых цветков у придорожной полосы, которая больше поражена выхлопными газами автотранспорта. На загрязненной территории махровость цветка Лютика едкого на 1,5 % выше, чем на склоне горы. Наличие гена махровости у Лютика едкого, заключается в том, что он растет в придорожной полосе, где интенсивное движение автотранспорта. Список использованных источников 1. Алексеев С.В. Практикум по экологии. Москва АО МДС 1996г. 2. Бородин П.М. Этюды о мутантах. М.: «Знание», 1983. - 109 с. 3. Мотузова Г.В. Принципы и методы почвенно-геохимического мониторинга. – М.: Изд-во МГУ, 2006. 95 с. 4.Трифонов К.И. Физико-химические процессы в техносфере / К.И. Трифонов, В.А. Девисилов.- М.: Форум-Инфра_м, 2007.- 239 с. 5.Трошина А.И. Методическое пособие к проведению полевой практики по генетике. – Тобольск: ТГПИ им. Д.И. Менделеева, 2004. – 74 с. 6.ГОСТ Р 51105-97. Топлива для двигателей внутреннего сгорания. Неэтилированный бензин. Издание с Изменением № 1,2,3,4; ИУС N10-99, N72000, N6-2004, N3-2005, дополнением ИУС N5-2009 7. Методика выполнения измерений массовой доли кислоторастворимых форм тяжелых металлов и токсичных элементов (Сu, РЬ,Zn, Вi, Аg, Fе, Sе, Со, Ni, Аs, Cd, Нg, Мn) в почвах, грунтах, донных отложениях и осадках сточных вод методом инверсионной вольтамперометрии.