CC BY
87
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПЫЛЬЦЕВЫХ ЗЕРЕН ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ И СОРНЫХ ТРАВ, ПРОИЗРАСТАЮЩИХ В ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Владимир Викторович Головко
Институт химической кинетики горения СО РАН, 630090, Новосибирск, Институтская 3, кандидат биологических наук, ведущий инженер, тел.: (383)-333-34-99, e-mail: golovko@ns.kinetics.nsc.ru
Вячеслав Лазаревич Истомин
Институт гидродинамики им. Лаврентьева, СО РАН, 630090, Новосибирск, пр. Лаврентьева, 15, доктор технических наук, главный научный сотрудник, тел.: (383)333-1938, e-mail: istomin@hydro.nsc.ru
Константин Петрович Куценогий
Институт химической кинетики горения СО РАН, 630090, г. Новосибирск, Институтская 3, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, тел. (383)-333-37-53, email: koutsen@ns.kinetics.nsc.ru
Описываются установка и методика для определения массы индивидуальных пыльцевых зерен растений. Определен вес индивидуальных зерен пыльцы тридцати четырех видов анемофильных растений, произрастающих в Западной Сибири.
Ключевые слова: пыльцевые зерна, вес, аэродинамический диаметр, несферические частицы.
DETERMINATION OF THE MASSES OF POLLEN GRAIN OF WEST SIBERIAN ARBOREOUS PLANTS AND WEEDS
Vladimir V. Golovko
Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Novosibirsk, Bldg.3 Institutskaya st., Phone: 8(383)3333499, E-mail: golovko@kinetics.nsc.ru
Vyacheslav L. Istomin
Institute of Hydrodynamics SB RAS, 630090, Novosibirsk, Bldg. 15 Lavrent’ev avenue, Phone 8(383)3331938 E-mail: istomin@hydro.nsc.ru
Konstantin P. Koutsenogii
Institute of Chemical Kinetics and Combustion SB RAS, 630090, Novosibirsk, Bldg.3 Institutskaya st., Phone: 8(383)3333753, E-mail: koutsen@kinetics.nsc.ru
Experimental setup and method for determination of the masses of individual pollen grains are described. The masses of the individual pollen grains for 34 species of West Siberian anemophilous plants.
Key words: pollen grains, weight, aerodynamic diameter, nonspherical particles.
Доминирование в растительном покрове [1] ветроопыляемых растений, их огромная [2] пыльцевая продуктивность, обуславливают присутствие в атмосфере заметных количеств пыльцы на протяжении периода вегетации.
Пыльца играет важную роль в переносе химических элементов в биоценозах [3], вызывает аллергические заболевания [4]. Масса переносимой по воздуху пыльцы определяется ее счетной концентрацией весом индивидуальных зерен пыльцы. Вес пыльцы - важный параметр при изучении биогенного переноса химических элементов в биоценозах и пыльцевой аллергии.
В атмосфере пыльцевые зерна высыхают, что сопровождается уменьшением объема, изменением плотности, изменением формы и, иногда, появлением воздушных полостей [5]. Высыхание происходит практически мгновенно. Даже исходно сферические пыльцевые зерна злаков, тополей и лиственниц присутствуют в атмосфере в виде деформированных частиц неправильной формы. Поэтому литературные данные о размерах ацетолизированной пыльцы мало пригодны при изучении переноса пыльцевых частиц. При теоретическом описании закономерностей распространения пыльцевых пыльцы в атмосфере индивидуальные пыльцевые зерна заменяются на сферы, объем которых равен объему пыльцевого зерна единичной плотности. Объем зерна определяли методом конфокальной микроскопии [6].
Теоретические оценки массы пыльцевых зерен трудно осуществимы и их измеряют экспериментально [7]. В настоящее время определены массы пыльцевых зерен около 120 видов растений [8], преимущественно древесных, произрастающих в Европе и Северной Америке. Пыльца растений других регионов изучена слабо. Данная работа посвящена экспериментальному определению массы пыльцевых зерен растений Сибири, в том числе и интродуцированных человеком.
Экспериментальная установка для распыления зерен пыльцы (рис. 1) состоит двух основных блоков: I дозирующей системы и II - собственно установки. Дозирующая система импульсного распыления состоит из дозатора (1), в который помещается исследуемая пыльца, воздуховода (2), ресивера (3), электроконтактного манометра (4), электроклапана (5). Собственно установка по распылению порошкообразных материалов (II) представляет собой цилиндр (6), верхняя часть которого закрыта крышкой (7), являющейся приемником распыленной пыльцы, поступающей из дозирующей системы через сопло (8). Нижняя часть цилиндра оканчивается фильтродержателем (9), в который на металлическую сетку (10) помещаются фильтры типа АФА-ХА 11.
Фильтр АФА-ХА взвешивался на лабораторных аналитических весах и помещался в фильтродержатель. В бункер (1) экспериментальной установки закладывалось 10-20 мг пыльцы. В ресивер (3) подавался воздух с давлением в 5 атмосфер, открывался электроклапан (5) и следовал импульс сжатого воздуха, длительностью 0,05 секунды. Пыльца воздушным потоком распылялась в приемник и оседала на фильтр (10). Затем фильтр вынимался, и установка многократно продувалась сжатым воздухом для удаления осадка на стенках. Фильтр с напыленной на него пыльцой взвешивался вторично. По привесу осадка на фильтре определялась масса осевших на него зерен. Для каждого вида пыльцы проводилось 4-7 последовательных экспериментов.
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для распыления зерен пыльцы
Фильтр с напыленной на него пыльцой заклеивался прозрачным скотчем. Число зерен пыльцы, осевших на фильтр, определяли с помощью микроскопа. На каждом фильтре при 80-320-кратном увеличении подсчитывалось количество осевших зерен на 100 полях зрения. Перед просмотром фильтр просветляли 50% водным раствором глицерина с добавлением красителя кумаши голубого. Общее число пыльцевых зерен в осадке вычисляли, зная площадь фильтра и площадь просмотренных полей зрения.
Таблица 1. Результаты определения масс индивидуальных пыльцевых зерен
растений
Видовое название и н £ О ад со О Видовое название и н £ о ад со О
Древесные растения
Пихта сибирская 82,4 1,23 Сосна Палласова 13,7 1,09
Ольха черная 3,5 1.30 Можжевельник казацкий 3,8 1,74
Тополь черный 3,5 1,16 Береза мелколистная 3,9 1,07
Дуб черешчатый 8,2 1,44 Облепиха крушиновидная 7,5 1,33
Орех маньчжурский 12,9 1,29 Осина обыкновенная 4,0 1,26
Кедр сибирский 16,4 1,15 Ива остролистая 3,0 1,03
Липа сердцевидная 10,7 1,25 Ива белая 2,4 1,11
Ель сибирская 63,1 1,07 Ива козья 2,2 1,10
Сосна горная 18,2 1,31 Ива пятитычинковая 2,5 1,28
Разнотравье
Полынь горькая 1,6 1,51 Подорожник ланцетный 5,7 1,09
Полынь сиверса 1,7 1,38 Подорожник средний 3,7 1,44
Осока большехвостая 4,5 1,36 Щавель конский 9,9 1,12
Конопля посевная 3,0 1,30 Золотарник канадский 2,7 1,16
Марь белая 3,8 1,17 Василистник простой 4,1 1,11
Датиска коноплевая 1,0 1,29 Рогоз широколистный 3,3 1,32
Маклея сердцевидная 1,9 1.22 Полынь гмелина 4,6 1,13
Хмель обыкновенный 3,5 1,14 Крапива двудомная 0,77 1,17
Данные о массе осевшей пыльцы и числе ее зерен в осадке позволяют рассчитать массу индивидуального зерна пыльцы. Она рассчитывается по следующему соотношению:
m = (M Sn3) / (n 8ф) (1)
где m - масса пыльцевого зерна; M - масса напыленной пыльцы; n -среднее число зерен пыльцы в поле зрения; Sn3 - площадь просмотренных
полей зрения; 8Ф - площадь фильтра, на которую напылена пыльца ^ф ~ 20
2\
см ).
Относительная погрешность определения массы пыльцевых зерен (Am/m) складывается из относительных погрешностей измерения: массы напыленной на фильтр пыльцы AM/M, площади просмотренных полей зрения ASn3/Sn3, площади фильтра ASФ/SФ и среднего числа зерен на поле зрения An/n:
I Am/m I = I AM/M I + I ASn3/Sro I + I An/n I + ASф/Sф I (2)
Погрешность определения массы ПЗ в основном определяется точностью подсчета плотности осадка индивидуальных зерен пыльцы. Она составляет порядка 10%. В таблице 1 приведены экспериментально найденные значения веса индивидуальных зерен пыльцы и оценка изменчивости данного параметра, определяемая величиной стандартного геометрического отклонения ов^
Расчеты показывают, что экспериментально наблюдаемая величина изменчивости веса пыльцевого зерна о\ в ряде случаев заметно выше погрешности определения его массы. Отсюда следует, что вес индивидуальных зерен пыльцы не монодисперсен. Из таблицы 1 видно, что наименее изменчив вес пыльцевых зерен ивы остролистной (о^ = 1,03), наиболее - вес пыльцевых зерен можжевельника казацкого (о^ = 1,74). Вес 95% пыльцевых зерен данного растения изменяется в 7 раз.
Ранее нами было показано [4], что изменчивость веса индивидуальных пыльцевых зерен хорошо соответствует логнормальному распределению следующего вида:
А G Л
exp
dp
____50_
2
о
(3)
іп о 42ж7
а = 1п а (4)
где р - вероятность обнаружения веса пыльцевого зерна в интервале от О до О+ёО, О50 - модальное значение веса пыльцевого зерна, а8 - изменчивость веса пыльцевого зерна.
Таким образом, экспериментально определено значение масс
индивидуальных пыльцевых зерен 34 видов ветроопыляемых растений, чья пыльца в значительных количествах присутствует в атмосфере г. Новосибирска на протяжении всего вегетационного периода.
Выводы
Определены характеристики (среднее значение, изменчивость) массы индивидуальных пыльцевых зерен 34 видов анемофильных растений, произрастающих на территории Западной Сибири и доминирующих в составе пыльцевого спектра атмосферного аэрозоля в г. Новосибирске на протяжении вегетационного периода.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ackerman J.D. Abiotic pollen and pollination: ecological, functional, and evolutionary perspectives // Plant Syst. Evol. 2000, V. 222. p. 167-185
2. Сладков А. Н. Введение в спорово-пыльцевой анализ. М.: Наука, 1967. 268 с.
3. Greenfield L. G. Weight loss and release of mineral nitrogen from decomposing pollen // Soil Biology and Biochemistry. 1999. V. 31. № 3. p. 353-351
4. Балаболкин И.И. Поллинозы у детей // М.: КРОН! ПРЕСС, 1996. 272 с
5. Harrington J. B., Metzer K. Ragweed pollen density // Amer. J. Bot. 1963. V. 50. № 6. p. 532-539.
6. Головко В. В., Куценогий К. П., Истомин В. Л. Исчпользование конфокальной сканирующей микроскопии для определения объема и плотности сибирских равстений. /Труды VII Международной выставки и Научного конгресса ГЕ0-СИБИРЬ-2011. Дистанционные методы зондирования земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология, 2011, том 4, 249-254.
7. Головко В. В, Куценогий П. К., Киров Е. И., Куценогий К. П., Истомин В. Л., Рыжаков В. А. Пыльцевая компонента атмосферного аэрозоля в окрестностях Новосибирска. // Оптика атмосферы и океана. 1998. т. 11. № 6. с. 645-649
8. Jackson S. T., Lypord M. E. Pollen Dispersal Models in Quaternary Plant Ecology: Assumptions, Parameters, and Prescriptions // The botanical review. 1999. V. 65. No 1. p. 39-74.
© В.В. Головко, В.Л. Истомин, К.П. Куценогий, 2012
