СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ИНДИКАЦИИ ПО ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗЫ

Название	СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ИНДИКАЦИИ ПО ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗЫ
Разработчик (Авторы)	Мазуркин Петр Матвеевич, Семенова Дарья Вениаминовна
Вид объекта патентного права	Изобретение
Регистрационный номер	2556985
Дата регистрации	20.07.2015
Правообладатель	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный технологический университет"
Область применения (класс МПК)	A01G 23/00 (2006.01)
Медаль имени А.Нобеля

Описание изобретения

Изобретение относится к инженерной биологии и сравнительной биоиндикации окружающей среды измерениями важнейших параметров ростовых органов в виде листьев берез с простой и небольшой листовой пластинкой. Изобретение может быть применено при сезонной индикации загрязненности воздуха, преимущественно после достижения березой генеративного возрастного состояния.

Известен способ измерения листьев у древесных растений (см. эту же книгу: Федорова А.И., Никольская А.Н. Практикум по экологии и охране окружающей среды: Учеб. пос. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. 288 с. С.123-126), когда срезают по 20-25 листьев берез и других пород деревьев, растущих в разных экологических условиях, складывают в пакеты, а затем засушивают между листами газетной бумаги в лабораторных условиях и измеряют параметры у каждого листа, а затем обрабатывают измеренные данные по средним значениям.

Недостатком является низкая чувствительность (точность) индикации и высокая трудоемкость практического применения способа из-за смешивания листьев у разных деревьев в одну пробу.

Известен также способ измерения по методу В.М. Захарова флуктуирующей асимметрии листьев березы (Захаров В.М. К оценке асимметрии билатеральных признаков как популяционной характеристики / В.М. Захаров, В.В. Зюганов // Экология. - 1980. - №1, с.10-16), включающий взятие листьев от учетных деревьев, растущих в одинаковых экологических условиях местопроизрастания, причем листья с одного дерева хранятся отдельно, чтобы можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой березы, а для этого следует собранные с одного дерева листья связывать за черешки, причем все листья, собранные для одной выборки, следует сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку, в которой указаны номер выборки, место сбора, делая максимально подробную привязку к местности, дату сбора, причем для непродолжительного хранения собранный материал хранится в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника, а для длительного хранения можно зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать, при этом для измерения каждый лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега, с каждого листа снимают показатели по пяти параметрам листа с левой и правой сторон листа, а для измерений применяют измерительный циркуль, линейку и транспортир, причем промеры длин снимаются циркулем-измерителем, а угол между жилками измеряется транспортиром.

Основным недостатком известного способа является то, что нарушается принцип индивидуальности флуктуирующей асимметрии, когда берутся в каждой выборке 100 листьев (по 10 листьев с 10 растений). Это выполнено в угоду существующей теории средней арифметической величины. Но такого параметра нет у листьев, поэтому каждый листочек имеет свои значения параметров, которые нужно определять. Затем из этих параметров нужно выбрать наиболее значимые и относительно них проводить тщательные статистические исследования. Но существующая классическая статистика не может ничего сказать об индивидуальных свойствах каждого из 100 листьев, она рассматривает эти 100 листьев только как однородные случайные события. Как показали наши исследования, каждый листок - это не случайность, а закономерность.

Технический результат - упрощение способа и повышение точности индикации качества окружающей пробные листья березы локальной среды, а также повышение производительности измерений только важнейших параметров пробных листьев и повышение производительности и точности обработки полученных результатов измерений.

Этот технический результат достигается тем, что способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы, включающий взятие листьев от учетных деревьев березы, растущих в одинаковых экологических условиях местопроизрастания, причем листья с одного дерева хранятся отдельно, чтобы можно было проанализировать полученные результаты индивидуально для каждой березы, а для этого следует собранные с одного дерева листья связывать за черешки, причем все листья, собранные для одной выборки, следует сложить в полиэтиленовый пакет, туда же вложить этикетку, в которой указаны номер выборки, место сбора, делая максимально подробную привязку к местности, дату сбора, причем для непродолжительного хранения собранный материал хранится в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника, а для длительного хранения можно зафиксировать материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризировать, при этом для измерения каждый лист помещают перед собой стороной, обращенной к верхушке побега, для измерений применяют измерительный циркуль, линейку и транспортир, причем промеры длин снимаются циркулем-измерителем, а угол между жилками измеряется транспортиром, отличающийся тем, что для сравнительной индикации принимаются, по меньшей мере, два различающихся по загрязненности воздуха березняка, с каждой березы обоих березняков сбор и взятие пробных листьев выполняется по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу, при этом по взятым листьям измерения выполняют по длине слева и справа у половинок листа, второй от основания листа жилки второго порядка, и при необходимости дополнительно измеряют ширину половинок листа, по измеренным данным проводят статистическое моделирование и по статистическим показателям судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков и об их поведении за прошлый период года по показателям асимметрии обеих половинок пробных листьев.

На двух различающихся по загрязненности воздуха березняках принимают не меньше по пяти берез, с каждой березы выбираются висячие укороченные побеги по четырем сторонам света при взятии с одного укороченного побега не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, примерно одинаковой высоте взятия пробы листьев, при этом по взятым не менее 80 листам измерения выполняют по длине слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка и при необходимости дополнительно измеряют ширину левой и правой половинок листа, причем измерения проводят посередине листовой пластинки, а длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка позволяет искать факторные связи только между четырьмя параметрами пробных листьев.

По измеренным данным проводят статистическое моделирование, для этого вводятся ранговые распределения четырех параметров пробных листьев для оценки добротности проведения эксперимента и уточнения рейтинга четырех параметров, а по ранговым распределениям устанавливается встречаемость листьев по длине жилки на левой и правой сторонах листов, по статистическим показателям встречаемости судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков,

Об поведении березняков за прошлый период года по показателям асимметрии параметров двух половинок пробных листьев, причем сравнительная индикация выполняется по предельным значениям длины жилки пробных листьев.

Сущность изобретения заключается в том, что флуктуирующая асимметрия есть проявление внутри индивидуальной изменчивости, т.е. характеризует различия между гомологичными структурами внутри одного индивида. Если уровень флуктуирующей асимметрии является характеристикой индивидуума, а значит, можно оценивать различие разных групп особей, находящихся в разных условиях загрязненности, по среднестатистической линии регрессии у выявленной закономерности. Причем замечено, что в чистых экологических условиях появляются волновые составляющие, а адекватность по коэффициенту даже детерминированных моделей с увеличением загрязненности снижается.

Сущность изобретения заключается также в том, что метод В.М. Захарова выполнен с избытком по пяти параметрам. Достаточно иметь только два параметра с сильными связями между ними. Но при этом листья собираются не менее четырех штук с каждой стороны света у не менее пяти деревьев. В итоге получается всего 80 пробных листьев вместо 100 у прототипа.

Сущность изобретения заключается также и в том, что при сравнении двух разных условий загрязнения (заранее определено, что чистая и грязная стороны сквера) появляется возможность научно-технического осмысления изменений полученных закономерностей. А затем эти отличительные признаки результатов измерений по выявленным закономерностям позволяют по аналогии применить и к новым опытам. В итоге получено действительно комплексное научное и техническое решение.

Новизна технического решения заключается в том, что впервые сравнительная индикация разделяется на две части:

1) сбор и взятие пробных листьев с использованием отдельных отличительных признаков прототипа, но по новой схеме ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света при взятии с одного укороченного побега не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, затем у не менее 5 учетных берез в каждой зоне загрязнения;

2) измерение только двух параметров листа (ширина левой и правой половинок листа, причем измерения проводят по середине листовой пластинки; длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка) позволяет искать факторные связи только между четырьмя параметрами пробных листьев.

Положительный эффект заключается в том, что значительно упрощается эксперимент по сравнению с прототипом. Трудоемкость измерения снижается на взятии пробных листьев (вместо 100 безликих листьев для вычислений средних арифметических значений параметров всего 80, но уже как действительно пробных листьев) в 100/80=1,25 раза. На этапе измерений самих листьев берется всего два фактора вместо пяти (4 параметра вместо 10), то есть экономия труда составляет 5/2=2,5 раза. Но при этом несколько возрастает математическая интерпретация полученных данных измерений:

1) вводятся ранговые распределения четырех параметров пробных листьев для оценки добротности проведения эксперимента и уточнения рейтинга четырех параметров;

2) вводится подробный статистический анализ 4 выборок по чистой зоне и еще 4 выборок по загрязненной зоне, что позволяет выявить поведение двух популяций по 80 пробным листьям;

3) вводится дополнительно сравнение двух зон - относительно чистой и загрязненной (для снижения трудоемкости сравнительный эксперимент был выполнен на дном и том же березняке, но по двум сторонам улицы, что дало равные условия для сопоставления).

Таким образом, предлагаемое научно-техническое решение обладает существенными признаками, новизной и положительным эффектом. В научно-технической и патентной литературе информационных материалов, порочащих новизну предлагаемого изобретения, нами не обнаружено.

На фиг.1 приведена карта городского сквера с учетными деревьями, расположенными с двух сторон улицы (чистая зона западная с деревьями №1-5 и загрязненная зона восточная с березами №6-10); на фиг.2 приведена схема измерений каждого листа по предлагаемому нами способу; на фиг.3 показана схема измерения длины жилки на двух половинках березового листа; на фиг.4 дан график изменения количества формул (ордината) в зависимости от требований к допустимому уровню коэффициента корреляции; на фиг.5 дана динамика численности строк корреляционной матрицы в зависимости от допустимого уровня коэффициента корреляции (абсцисса); на фиг.6 - то же на фиг.5 по столбцам корреляционной матрицы; на фиг.7 даны графики сравнительной индикации по левой ширине листа; на фиг.8 - графики сравнительной индикации по правой ширине листа; на фиг.9 показаны графики сравнительной индикации по левой длине жилки; на фиг.10 - то же на фиг.9 по правой длине жилки.

Способ сравнительной индикации по флуктуирующей асимметрии листьев березы включает такие действия.

Сбор материала следует проводить после остановки роста листьев (в средней полосе начиная с июля). Поэтому учитывается срок сравнительной индикации с начала вегетационного периода до момента экспериментов.

Для сравнительной индикации принимаются, по меньшей мере, два различающихся по загрязненности воздуха березняка, с каждой березы обоих березняков сбор и взятие пробных листьев выполняется по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу, при этом по взятым листьям измерения выполняют по длине слева и справа у половинок листа, второй от основания листа жилки второго порядка, и при необходимости дополнительно измеряют ширину половинок листа, по измеренным данным проводят статистическое моделирование и по статистическим показателям судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков и об их поведении за прошлый период года по показателям асимметрии обеих половинок пробных листьев.

На двух различающихся по загрязненности воздуха березняках принимают не меньше по пяти берез, с каждой березы выбираются висячие укороченные побеги по четырем сторонам света при взятии с одного укороченного побега не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, примерно одинаковой высоте взятия пробы листьев, при этом по взятым не менее 80 листам измерения выполняют по длине слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка и при необходимости дополнительно измеряют ширину левой и правой половинок листа, причем измерения проводят посередине листовой пластинки, а длина слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка позволяет искать факторные связи только между четырьмя параметрами пробных листьев.

По измеренным данным проводят статистическое моделирование, для этого вводятся ранговые распределения четырех параметров пробных листьев для оценки добротности проведения эксперимента и уточнения рейтинга четырех параметров, а по ранговым распределениям устанавливается встречаемость листьев по длине жилки на левой и правой сторонах листов, по статистическим показателям встречаемости судят об экологическом состоянии сравниваемых березняков, о поведении березняков за прошлый период года по показателям асимметрии параметров двух половинок пробных листьев, причем сравнительная индикация выполняется по предельным значениям длины жилки пробных листьев, в частности, по интервалам значений абсолютной и относительной асимметрии по длине жилки.

Формула изобретения

1. Способ сравнительной индикации воздушной среды, окружающей произрастающие в разных условиях березняки, по флуктуирующей асимметрии листьев березы, включающий взятие листьев от учетных деревьев березы, проведение измерений каждого взятого листа, при этом при измерении каждый лист размещают стороной, обращенной к верхушке побега, а измерения осуществляют измерительным циркулем и линейкой, отличающийся тем, что пробные листья берут с каждой березы по меньшей мере с двух произрастающих в разных условиях по загрязненности воздуха березняках по ориентации висячих укороченных побегов по четырем сторонам света по компасу, при этом измерение ширины взятых пробных листьев выполняют слева и справа половинок листа и дополнительно измеряют слева и справа половинок листа длину второй от основания листа жилки второго порядка, далее по измеренным данным проводят статистическое моделирование, а сравнительную индикацию экологического состояния среды, окружающей березняки, осуществляют по полученным статистическим показателям.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что листья с одного дерева хранят отдельно для анализа полученных результатов индивидуально для каждой березы, при этом собранные с одной березы листья связывают за черешки, причем все листья, собранные для одной выборки, складывают в полиэтиленовый пакет, туда же кладут этикетку, на которой указаны номер выборки, место сбора, делая при этом максимально подробную привязку к местности, и дату сбора, при этом для непродолжительного хранения собранный материал хранят в полиэтиленовом пакете на нижней полке холодильника, а для длительного хранения фиксируют материал в 60% растворе этилового спирта или гербаризируют.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в каждом березняке берут не менее пяти берез, на каждой из которых выбирают висячие укороченные побеги по четырем сторонам света и с одного укороченного побега берут не менее четырех пробных листьев разных размеров и формы, примерно на одинаковой высоте взятия пробы листьев, а измерения длины слева и справа второй от основания листа жилки второго порядка и ширины левой и правой половинок листа выполняют по взятым не менее 80 листьям, причем измерения ширины проводят посередине листовой пластинки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по измеренным данным пробных листьев вводят ранговые распределения четырех параметров, по которым проводят статистическое моделирование для оценки добротности проведения способа и уточнения рейтинга четырех параметров, а по ранговым распределениям устанавливают встречаемость листьев по длине жилки на левой и правой сторонах листьев, а об экологическом состоянии сравниваемых березняков судят по статистическим показателям встречаемости.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что по показателям параметров асимметрии двух половинок пробных листьев проводят сравнительную индикацию поведения березняков за прошлый период года, выполняемую по предельным значениям длины жилки пробных листьев, в частности, по интервалам значений абсолютной и относительной асимметрии по длине жилки.

Изобретение "СПОСОБ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ИНДИКАЦИИ ПО ФЛУКТУИРУЮЩЕЙ АСИММЕТРИИ ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗЫ" (Мазуркин Петр Матвеевич, Семенова Дарья Вениаминовна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога