1.     Біоіндикація як метод екологічного дослідження.

2.     Методика  збору,  фіксації  та  збереження колекційного матеріалу.

Література: Скворцов А.К. Гербарий. Пособие по методике и технике. М.: Наука, 1977. 199 с.; Білявський Г.О. та інші. Основи екологічних знань: Навч. посібник. - К.: Либідь, 2003. - 336 с.; Кормиков И.И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной Среды. - К.: Наукова думка, 1996. - 238с.

1. Біоіндикація - оцінка якості природного середовища по стані її біоти. Біоіндикація заснована на спостереженні за складом і чисельністю видів-індикаторів.

Біоіндикатори, біологічні індикатори -- організми, присутність (наявність), кількість або інтенсивний розвиток яких є показником якихось природних процесів або умов зовнішнього середовища. Біоіндикацію широко застосовують для сан. оцінки вод. За складом флори і фауни вод можна визначити придатність води для пиття та з'ясувати ефективність роботи очисних споруд. За допомогою індикаторних рослин та мікроорганізмів можна дати орієнтовну оцінку якості ґрунту. Тварин, рослини, в т. ч. мікроорганізми, використовують при космічних дослідженнях як біоіндикатори для з'ясування впливу факторів космічного простору на організми. Біоіндикація використовується в екологічних дослідженнях, як метод виявлення антропогенного навантаження на біоценоз. Метод біоіндикаторів заснований на дослідженні впливу екологічних факторів, що змінюються, на різні характеристики біологічних об'єктів і систем. У якості біоіндикаторів вибирають найбільш чуттєві до досліджуваних факторів біологічні системи або організми. Зміни в поводженні тест-об'єкта оцінюють у порівнянні з контрольними ситуаціями, прийнятими за еталон. Наприклад, при оцінці екологічного стану поверхневих вод у якості біоіндикаторів використовують спостереження за поводженням дафній, молюсків, деяких риб і т.п..

Ряд рослин-індикаторів визначеним видимим образом реагує на підвищені або знижені концентрації мікро- і макроелементів у ґрунті. Це явище використовується для попередньої оцінки ґрунтів, визначення можливих місць пошуку корисних копалин.

Один зі специфічних методів моніторингу забруднення навколишнього середовища - біоіндикація, визначення ступеня забруднення геофізичних середовищ за допомогою живих організмів, біоіндикаторів. Живі індикатори не повинні бути занадто чуттєвими і занадто стійкими до забруднення. Необхідно, щоб у них був досить тривалий життєвий цикл. Важливо, щоб такі організми були широко поширені по планеті, причому кожен вид повинний бути присвячений до визначеного місцеперебування. Лишайники цілком відповідають усім цим вимогам. Вони реагують на забруднення інакше, чим вищі рослини. Біоіндикація має ряд переваг перед інструментальними методами. Вона відрізняється високою ефективністю, не вимагає великих витрат і дає можливість характеризувати стан середовища за тривалий проміжок часу.

Фактори середовища досить строго визначають, які організми можуть жити в даному місці, а які не можуть. Враховуючи це, ми можемо використати обернену закономірність і судити про фізичне середовище організму, який в ньому проживає. Так з 'явився метод біоіндикації середовища, який особливо широко використовують у лісовій типології, фітоценології, а також для визначення рівня забруднення атмосферного повітря за допомогою лишайників (ліхеноіндикація), мохів (бріоіндикація) чи грибів (мікоіндикація).

У зв'язку з потребою проведення глобального моніторингу, використання індикаційних можливостей біологічних об'єктів набуває все більшого значення. Рослини-індикатори використовуються як для виявлення окремих забруднювачів, так і для спостереження за загальним станом повітря. Завдяки цілому ряду біологічних особливостей лишайники є добрими індикаторами зміни стану навколишнього середовища в умовах його забруднення двоокисом сірки, фторидами, лужним пилом, важкими металами. По зменшенню кількості лишайників можна судити про підвищення стресу на сильно забруднених територіях.

Атропогенні впливи тісно пов’язані  з фітоіндикацією морфо-генетичних змін рослин. На рівні організмів та екосистем впливи стресорів відрізняють тільки завдяки появі зовнішніх симптомів ушкоджень (некрози, хлорози) після того як порушена границя адаптаційної здатності і системи стають нестабільними. Для деяких стресових факторів вже випробувані та іноді спеціально підібрані різноманітні морфологічні індикатори, за допомогою яких можлива коротко або довгострокова індикація як при низьких, так і при високих доза їх впливів.

Макроскопічні зміни пов'язані зі змінами забарвлення листя, які являють у більшості випадків неспецифічну реакцію на різноманітні стресори.

Хлороз - бліде забарвлення листя між жилками (спостерігається у рослин, що ростуть на відвалах, що залишаються після видобутку важких металів); пожовтіння країв або певних ділянок листя (у листяних дерев під впливом хлоридів); почервоніння (накопичення антоціанів у вигляді плям на листях смородини та гортензії під дією SO₂); побуріння або побронзовіння (у листяних дерев - часто початкова стадія важких некротичних ушкоджень, у ялини та сосни - служить для подальшої розвідки димових ушкоджень). Зміна забарвлення при яких характер ураження листя схожий з морозними ураженнями - часто перші стадії некрозів.

Некрози - відмирання обмежених ділянок тканин - важливі симптоми ушкоджень при індикації, іноді специфічні. Розрізняють такі види некрозів:

крапельні та плямисті некрози - це відмирання тканин листкової пластинки у вигляді крапок або плям;

міжжилкові некрози - відмирання листкової пластинки між бічними жилками першого порядку, часто при дії SO₂;

крайові некрози - характерні, чітко відмежовані форми, з'являються у лип, які ушкоджені кам'яною сіллю, яку застосовують для танення льоду. Поєднання міжжилкових та крайових некрозів приводить до появи візерунку типу “риб'ячого скелету”;

верхівкові некрози (в особливості у однодольних та хвойних), характерні темно-бурі, різко відмежовані некрози кінців хвої у сосни та ялиці після дії SO₂;

некрози навколоплоднику, які утворюються після впливу SO₂ на насінні плоди, особливо біля квіток. При розвитку некрозів спочатку спостерігається зміна в забарвленні (при дії SO₂найчастіше утворюються брудно-зелені; пероксиацетилнітрату - просочені водою; О₃ - плями з металічним блиском; хлоридів - хлорози). Після загибелі клітини вражені ділянки осідають, висихають і можуть за рахунок виділення дубильних речовин забарвлюватись у бурий колір (часто у дерев), або через декілька днів вицвітають до білуватого забарвлення.

Передчасне в'янення відбувається під дією етилену в теплицях: квіти гвоздики при цьому не розкриваються, а пелюстки орхідей в'януть.

Опадання листя (дефоліація) у більшості випадків спостерігається після некрозів або хлорозів. Прикладом служать зменшення тривалості життя хвої, її осипання у ялин, скидання двоголкових укорочених пагонів у сосни, передчасне опадання листя у лип та кінських каштанів під впливом солі, яку застосовують для танення льоду, або у аґрусу та смородини під дією SO₂.

Зміна форми, кількості та положення органів. Аномальна конфігурація листя відмічена у листяних дерев після впливу радіоактивного випромінювання. В результаті локальних некрозів виникає потворна деформація , перетягування, здуття або викривлення пагонів, зрощення або розщеплення окремих органів, збільшення або зменшення в числі частин квітки, зміна статі та інші аномалії розвитку під дією гормональних гербіцидів або радіоактивного випромінювання.

Зміна напрямку, форми росту і галуження. Зміну напрямку росту коренів відмічено у кульбаби при зміні рівня ґрунтових вод; у Dycranum polysetum - утворення сланких пагонів та галуження; у лип при стійкому забрудненні атмосфери НСl або SO₂ спостерігається кущовидна та подушкова форми росту; у вражених димом хвойних порід зрідження крони та зміна бонітету стовбура.

Зміна приросту в більшості неспецифічна, але широко застосовується при індикації, так як є більш чутливим параметром, чим некрози і дозволяє безпосередньо визначити зниження продуктивності вирощуваних людиною рослин. Вимірюють головним чином зміни радіального приросту стовбура, приросту пагонів та листя в довжину, довжину коренів.

Зміна плодовитості спостерігається у багатьох рослин, це може бути, наприклад, зменшення утворень плодових тіл у лишайників.

Отже, після порушення адаптаційної здатності у рослин з'являються зовнішні симптоми ушкоджень за якими можна робити індикацію тих чи інших стресових факторів на рослину.

2. Необхідність збору гербаріїв виникає при:

1 ) складанні флори (списку видів) якої території;

2 ) для виявлення ареалів (областей зростання) видів;

3 ) для виявлення екологічної та біотопічної  належності видів;

4 ) для вивчення будь-яких особливостей видів, наприклад, географічної чи екологічної мінливості;

5 ) при описі нових видів;

6 ) у навчальних та демонстраційних цілях.

Не завжди гербарій збирається за правилами - робочий гербарій може видозмінюватися відповідно до поставленої задачі - збільшуватися або зменшуватися, іноді можуть збиратися тільки окремі необхідні частини рослин. Крім гербарію, робляться й інші ботанічні колекції: гілок деревних рослин в безлистому стані, деревини, мохів та лишайників, грибів, плодів і насіння, рослин висушених об'ємним способом.

Не можна збирати гербарій просто так, без конкретної мети, особливо гербарій червонокнижних і рідкісних рослин.

В даний час на Землі не так багато місць, абсолютно не займаних людиною і практично будь-який вид рослин може бути знищений непомірним збором. Навчати правилам виготовлення гербарію краще на бур’янах та масових видах. При зборі рослини треба переконатися, що намічені Вами екземпляри - не єдині в окрузі.

Без крайньої потреби не слід збирати рідкісні рослини, а при гербарізації їх треба дотримуватися наступних правил:

• багаторічники краще не викопувати цілком - досить буває і частини одного з пагонів;

• однорічні збирають після розсіювання насіння;

• перед збором переконайтеся, що рослина не єдина.

Перед початком збору гербарію підготовляється необхідне обладнання:

1 ) гербарна сітка;

2 ) гербарна папка;

3 ) копачка;

4 ) папір для закладки ( на сорочки);

5 ) папір для етикеток;

6 ) ніж;

7 ) фільтрувальний папір;

8 ) вата.

Гербарна сітка. Призначена для сушки рослин. Являє собою дві дерев'яні рамки з поперечними перекладинами і натягнутою на них сіткою (рис.1) , розмір рамки приблизно 35 x 50 см. Рамка може бути без перекладин, але сітка в такому випадку швидше розтягується і рослини гірше розправляються. Для затягування сітки потрібна міцна мотузка (Не шпагат, а що-небудь цупкіше), довжиною приблизно 3,5 м.

Гербарна папка. Потрібна для збору рослин на екскурсії. Розмір приблизно той же, що і у сітки. Являє собою дві фа - нерки або картонки з протягнутою в прорізи ремінцями або мотузкою (рис.2). Повинна затягуватися або зав'язуватися і мати петлю для того, щоб носити на плечі.

Сорочки. Годиться будь-який вологоємний папір, найчастіше використовуються газети. Складений навпіл газетний напівлист підходить і по формату, і за фактурою.

Копачкою може служити будь совок, але з досить міцної сталі (не дитячий жерстяної), або широка стамеска. Хороша копачка виходить з обрізка сталевої труби діаметром 4-5 см і довжиною 25-30 см, відповідним чином відпиляна і заточена (рис.3). Краї злегка розгинаються і заточуються.

Рис.3 Копачка з обрізку стальної труби.

На ботанічну екскурсію необхідно взяти:

1 ) гербарна папка з сорочками;

2 ) копачку;

3 ) ніж;

4 ) листочки паперу для чорнових етикеток;

5 ) олівець;

6 ) польовий щоденник;

7 ) план місцевості;

8 ) компас.

Для гербаризації вибирають такі рослини:

• здорові , цілі і середніми в усіх відношеннях (якщо, звичайно не ставиться метою вивчення ушкоджень або морфологічної мінливості) ;

• збирають зазвичай екземпляри квітучі (або спороносні) . Якщо рослина дводомна (різностатева), то збирають екземпляри і чоловічі, і жіночі.

• якщо у одного і того ж виду в різному віці, або в різних місцях рослини спостерігаються пагони різного віку (наприклад, подовжені або укорочені) або листя по різному виглядають - всі їх треба зібрати в гербарій.

• крім того, багато груп рослин вимагають збору в різних станах, так як їх визначають не тільки за ознаками квітки.

Для представників сімейств капустяних , зонтичних , складноцвітих, деяких бобових і бурачникових необхідно зібрати також пагони з плодами.

Представників роду осока збирають з плодами (квіти не обов'язкові), так як осоки визначаються за мішечками (утвореннями, що оточують плід осоки). Крім того, дуже важливо, щоб у осок була зібрана вся підземна частина - для визнання часто необхідно бачити форму кущіння, довжину кореневища і піхви нижніх листків. Теж саме важливе і для злаків.

Рід верба досить складний для визначення та збору, так як рослини часто бувають схожі і вони дводомні. Цвітуть верби в безлистому стані, тому збір доводитися проводити два рази - навесні під час цвітіння і після повного розпускання листя, що представляє певну складність тому після розпускання листя кущ сильно міняє зовнішній вигляд. Доцільно помітити ту рослину з якої навесні взяті зразки. Крім того, для визначення верб треба знати форму росту (дерево це чи кущ ) і іноді, колір кори - всередині і зовні. Всі ці ознаки потрібно позначити в чорнову етикетку.

Такі ж проблеми виникають при зборі ясенів, вільх, тополь і в'язів, які вимагають додаткового збору під час плодоношення.

Є ціла група родів дуже поліморфних рослин, які мають великі труднощі при визначенні, тим більше, що в ряді випадків види цих родів гібридизують між собою. До таких родів відносяться перстачі, незабудки, малина, шипшина, горянки та ін.  Представники цих родів треба збирати в різних стадіях розвитку - під час цвітіння, при нестиглих і стиглих плодах. Втім, гербарій цих рослин має велике значення лише для фахівців.

Листя великих папоротей треба брати цілком, все рослина при цьому викопувати не обов'язково. Хвощі збирають у два прийоми - весняне покоління зі спороносні колосками і літнє - без колосків. Мохи збирають з коробочками і вкладають лише невеликими дернинами . Мохи та лишайники з дерев збирають з шматочками кори.

Основні правила закладки рослин.

Відразу після того , як рослина зібрано, його треба закласти в папку, так як зів’яле листя розправляти значно важче.

Підземні частини ретельно очищають від землі.

Потім рослині надається та форма, яку Ви бажаєте бачити у готовому гербарії. Головний принцип розташування на папері - щоб рослина виглядало по можливості найбільш природно, але з урахуванням етикетки. Кожен лист рослини розпрямляється, один або кілька листів перевертаються нижньою стороною вгору, а якщо листя в природному стані як-небудь вигнуті (наприклад, складені вздовж центральної жилки), то кілька з них залишають у такому вигляді. Якщо листя або пагони налягають один на одного, між ними прокладається шматочок паперу, інакше місця налягання темніють.

Довгі стебла і листя, що не поміщаються на лист, згинаються. Згини виробляють під гострим кутом. Для того, щоб стебло не розгинається, місце згину вставляється в проріз в клаптику паперу ( рис. 1а). Всі згини повинні знаходитися на одному рівні і доходити майже до країв листа (1в).

Рис. 1а                                Рис. 1б Неправильно                  Рис. 1в Правильно

Дуже великі рослини розрізаються на частини, причому закладати їх слід не все, а тільки найбільш характерні. Наприклад, якщо було засушено бодяк городній в півтора метра заввишки, то в папку закладають верхню частину з листям і суцвіттями, ділянка середній частині стебла з листям і нижню частину з стебла прикореневими листям і корінням. Якщо навіть ці частини на один лист не поміщаються, можна зробити декілька, і монтувати їх потім в колекційний гербарій треба буде на кількох аркушах.

Товсті частини рослин ріжуться вздовж, іноді ще доводитися вишкрібати серцевину.

Жорсткі і колючі рослини попередньо сплющують, затискаючи між дошками або листами твердого картону.

М'ясисті рослини, типу очитків або молодила, перед засушуванням ошпарюють окропом, інакше вони продовжують рости в гербарії і підгнивати.

Якщо соковита рослина дуже ніжна (типу орхідей), то замість ошпарювання можна опустити його на кілька секунд в спирт (спирт повинен бути не нижче 70 градусів міцності, щоб рослина зафіксувалася. Годиться питний або технічний спирт). Для того, щоб рослина при сушінні не темніла, можна посипати їх порошком саліцилової кислоти (продається в аптеці). Порошок від цього не псується, і потім його можна збирати і використовувати повторно.

Квітки синіх відтінків (наприклад, дзвіночки) легко втрачають забарвлення. Їх рекомендується прокладати папером, попередньо просоченим розчином кухонної солі і висушеним. Ніжні квіти краще прокладати тонким шаром вати або фільтрувального паперу. Чим швидше віночок висохне, то з меншою ймовірністю він змінить колір.

Щоб тонкі частини рослини, що лежать поруч з товстими (наприклад листя на товстому стеблі), не викривлялися при сушінні, їх треба прокласти згорнутими в кілька разів шматочками паперу.

Водні рослини розправляються прямо у воді. Для цього лист щільного паперу (типу креслярського) підводять у воді під рослину (попередньо витягнуту з ґрунту, якщо вона прикріплена до нього) . Рослина розправляється, а потім аркуш паперу за два краї акуратно виймається з води. При цьому треба стежити, щоб вода стікала рівномірно з усіх боків. Лист рослини вкладається в суху сорочку.

Хвойні рослини в гербарії майже завжди обсипаються. Для запобігання осипання їх можна ошпарити окропом або вмочити в спирт ( 70 градусів), проте це допомагає далеко не завжди. Самий радикальний засіб - занурити гілку в розчинений у гарячій воді столярний клей. Коли голки ростуть пучками (як у модрини або кедра), в кожен пучок пускається крапля клею.

Дуже важливе правило: в кожен лист з рослинами необхідно вкласти робочу етикетку.

На етикетці слід вказати дату збору гербарію, географічне положення, в якому біотопі ріс даний вид. У деяких випадках вказують і інші дані, наприклад, для мохів та лишайників ростуть на корі, - породу дерева, для паразитів, типу вовчка, - назва рослини-хазяїна.

На пам'ять покладатися не можна! Рослини в гербарії, що не мають супровідних даних безглузді, а викидати вже засушені екземпляри унаслідок відсутності цих даних - непростимий гріх для ботаніка.

При прибутті додому рослини з гербарної папки перекладаються в сітку, по можливості відразу ж. Укладаються вони в тих же сорочках, в які були закладені на екскурсії. Між сорочками прокладається 2-3 газети або спеціальні матрацики. Матрацики роблять з тонкого шару вати, обгорненого цигарковим або фільтрувальним папером і прошиті або проклеєні клейстером по краях. Розмір їх такий же, як і у сорочок - 35x50 см. У сітку закладають 15-20 аркушів з рослинами. Сітка сильно затягується мотузкою так, щоб половинки її не можна було зрушити руками один щодо одного, а мотузка дзвеніла.

Способів затягування сітки існує безліч, для прикладу наведено один з них.

Рис.2 Схема затягування мотузки на гербарній папці

На одному кінці мотузки зав'язується вузол, на іншому - петелька. У цю петельку протягується кінець мотузки і отриману петлю надягають на сітку. Сітка обв'язується мотузкою за схемою на рис.2. Далі сітка кладеться на стілець або підлогу, краї її сильно прижимають руками або руками і колінами, а кінець мотузки при цьому натягується на себе. Коли сітка, на Вашу думку, досить затягнута, кінець мотузки прямує вгору, а перехрестя мотузок притискається великим пальцем лівої руки (щоб мотузка не слабшала). Потім робиться вузол (рис 3): петля витягується до затягування вузла, а вузлик на кінці мотузки перешкоджає прослизанню кінця. За цю петлю сітка вивішується на вулиці в тіні.

Рис.3 Схема затягування вузла

У перші 2-3 дні прокладки змінюються якомога частіше, не рідше 2 -х разів на день, краще навіть 3-4 рази, а в наступні дні - 1 раз на добу до повного висихання рослин. Якщо сітки немає, то можна сушити рослини просто під вантажем, притиснувши фанерою або чимось подібним, але тоді рослин треба класти менше, а прокладок - більше і міняти їх частіше.

В умовах підвищеної вологості прокладки і рослини можна сушити праскою. Тільки що зібрані рослини можуть потемніти, втім , деякі рослини темніють від праски завжди, так що, перш, ніж гладити, треба перевірити реакцію рослини.

Готовність рослини можна перевірити, піднявши його за стебло: листя і кінці пагонів не повинні різко згинатися вниз. Ще можна доторкнутися губами до рослини - не до кінця просохла рослина холодить губи.

Монтування гербарію.

Готові висушені рослини монтуються на аркуші щільного паперу (типу креслярського, ¼ аркуша ватману, формату А3), розміром приблизно 30х45 см.

У різних гербаріях стандарти трохи відрізняються. Також бувають гербарії розмірів: 29х45см, 35х52,5 см, 32х48 см і 28х43 см.

Стандартність потрібна для обміну зразками між гербаріями, а в кожному конкретному гербарії треба тільки стежити, щоб листя були одного розміру - так їх зручніше зберігати.

Рослини прикріплюються до листа тонкими смужками паперу, змащеним клеєм. Зазвичай використовують рибний клей, підходить також гумовий, казеїновий, столярний, але не силікатний, від якого коробиться і жовтіє папір. Великі частини рослини пришиваються нитками. Кожен стібок зав'язується окремо, над рослиною. Петель знизу не повинно бути, вони можуть пошкоджувати лежать нижче листи гербарію в стосі. Не можна мазати клеєм саму, вона від цього псується.

Чи добре прикріплене рослина, можна перевірити, перевернувши лист - воно не повинна відходити від паперу.

Рослина має заповнити весь гербарний лист, тому дрібних примірників на одному аркуші треба монтувати декілька. Якщо вона зовсім маленька, то їх має бути не менше 6 штук (інакше лист, за загальноприйнятими у ботаніків правилами, що не вважається гербарним екземпляром).

Дуже великі рослини, що не влазять на один лист, монтуються на декількох, - ці листи вкладаються в загальну сорочку. Один вид рослини краще монтувати на декількох аркушах (у кількох примірниках) - на випадок псування або обміну з іншими гербаріями.

У правому нижньому куті аркуша приклеюється етикетка (зразок рис 4). На етикетці вказується:

• Точна латинська назва (рід , вид, із зазначенням автора);

• Місце зростання - ліс, луки, болото, мікрорельєф, висота місцевості над рівнем моря, положення щодо русла річки (заплава, тераса і т.д.), тип ґрунту (якщо можливо);

• Місцезнаходження (географічний пункт) - республіка, область (край), район, найближчий населений пункт, якщо є річка - положення щодо її;

• Дата збору;

• П.І.Б. людини, що зібрала рослину;

• П.І.Б. людини, що визначила рослину.

Добре ще вказати, якою рослина є в даній місцевості - дикою, здичавілою або тою, що розводяться.

Рисунок 4. Зразок заповнення гербарної етикетки.

Етикетка пишеться тушшю. Правило це не обов'язкове, але передбачається, що гербарій зберігається довгі роки, іноді століття, а туш, на відміну пасти і чорнила, не вицвітає. Загальноприйнятий розмір етикетки - 12х7 см (1 / 18 частина паперу). Добре, якщо бланки етикеток будуть стандартними, заздалегідь видрукуваними - їх зручніше заповнювати.

Зберігання гербарію.

Готовий гербарій складається в пачки по 15-20 аркушів, причому укладати їх краще корінням в різні сторони, щоб пачка була однакової товщини і листя гербарію не перегиналося.

Пачки зручно зберігати в картонних папках. Папка робиться з двох картонних листів, скріплених через прорізи мотузками. Для зручності роботи з гербарієм в папку доцільно складати рослини згідно якій системі, за групами (наприклад, родинами) і робити на папці відповідні написи. Рослини одного роду складаються в загальну сорочку. Гербарій зберігається в сухому приміщенні, регулярно провітрюваному. Шафи повинні щільно закриватися. Добре зберігати гербарій в спеціальних картонних коробках (45-50 см. довжиною, 32-35 см. шириною і 28-30 см висотою), з передніми стінками, що відкриваються.

Треба стежити, щоб в гербарії не завелися комахи (особливо схильні до пошкоджень сережки і суцвіття молочаїв)