Краткая методика изучения лишайников и их группировок

Определение лишайников.Основная часть работы в лаборатории связана с определением лишайников. На занятиях необходимо освоить методы определения и гербаризации лишайников.

Учитывая сложность определения лишайников, лучше начинать с листоватых видов, затем перейти к кустистым и накипным лишайникам.

Для определения лишайников необходимо знать как морфологические признаки, так и особенности анатомического строения таллома, а также органов спороношения – апотециев и перитециев, без которых многие формы, особенно накипные, определить невозможно. Нередко очень важно знать строение, форму, величину спор, а также строение мико- и фотобионта, их систематическую принадлежность. Для определения лишайников надо знать характер субстрата, на котором они растут, условия местообитания, терминологию, используемую в определителях.

Приготовление срезов.При определении лишайников часто приходится делать срезы через слоевища или апотеции. Для этого предварительно размоченный кусочек слоевища помещают в продольный разрез сердцевины бузины, топинамбура или пенопласт. Делают срез лезвием, держа его строго перпендикулярно объекту. Лезвие ведут наискось к себе одним плавным движением (ни в коем случае не делая “пилящих” движений!). Первый отрезанный кусок отбрасывают, а остальные срезы снимают с лезвия мягкой кисточкой, смоченной в воде, или препаровальной иглой. Срезы вместе с кусочками бузины (или пенопласта) помещают в каплю воды на предметное стекло. Препаровальными иглами удаляют кусочки бузины, а срезы расправляют, накрывают покровным стеклом, отсасывают фильтровальной бумагой избыток воды и просматривают под микроскопом. Обычно бывает достаточно малого увеличения, но иногда применяют и большое увеличение.

Химические реактивы, их приготовление и применение.Поскольку для многих лишайников характерно наличие в талломах специфических лишайниковых веществ, при распознавании видов разных родов необходимо проводить специфические цветовые реакции, которые дают различную окраску коры или сердцевины лишайника.

Эта окраска является важным диагностическим признаком. Цветная реакция обозначается знаком «+» с указанием цвета, например: КОН + желтеет или краснеет. Отсутствие окраски обозначается знаком минус «–». Если от реактива окрашивается только коровой слой, а сердцевинный слой не меняет окраску, то принято ставить один знак над другим, например: КОН ± (коровой слой окрашивается от КОН в желтый цвет, а сердцевинный слой не изменяется).

Наиболее употреби­тельными для определения лишайников в настоящее время являются 10 % раствор гидроксида калия (КОН) и раствор парафенилендиамина [С₆H₄(NH₂)₂]. В определите­лях эти реактивы сокращенно называют соответственно К и Р (Рd). Раствор парафенилендиамина готовят либо в спирте (0,1 г вещества на 5 мл 95 % спирта), либо в реактиве Штейнера. Раствор парафенилендиамина хранят в темной посуде, так как на свету он разлагается. Спиртовой раствор очень нестоек, им можно пользоваться только один день. Поэтому лучше растворять парафенилендиамин в 10 % растворе сульфита натрия (1г парафенилендиамина, 10 г сульфита натрия (Na₂SО₃), 100 г дистиллированной воды). Полученный раствор фильтруют. Годность раствора проверяют по реакции его на Cladina rangiferina (Cladonia rangiferina) – слоевище данного лишайника должно интенсивно краснеть. Следует иметь в виду, что этот реактив токсичен, после пользования им необходимо тщательно вымыть руки.

Кроме того, довольно часто употребляют гипохлорид кальция [Са(ClO)₂] и раствор йода (I) в йодиде калия (KI) (в определителях их обозначают соответственно С и I). Порошок гипохлорида кальция хранят в плотно закупоренной посуде, так как на воздухе он быстро выдыхается и теряет свои свойства. Насыщенный водный раствор гипохлорида кальция следует менять каждую неделю. Годность его проверяют либо на Psora scalaris, либо на Diploschistes scruposus – если он дает розовую реакцию, то пригоден для работы. При отсутствии данного реактива можно пользоваться гипохлоридом натрия.

При приготовлении йодного раствора 0,15 г йодида калия (KI) растворяют в 25 мл дистиллированной воды, после чего растворяют 0,05г йода. Учитывая, что йод плохо растворяется, раствор слегка подогревают. Йодный раствор хранят в темной посуде, так как на свету он разлагается.

Значительно реже используют концентрированные растворы кис­лот: азотной (HNO₃), соляной (HCI), серной (H₂SO₄).

В некоторых определителях в качестве реактива указывается также бензидин (C₁₂H₁₂N₂). Для определения лишайников применяется 5 % раствор бензидина в спирту (Вd). Этот раствор хранят в темной плотно закрытой посуде. Он токсичен, поэтому его применяют редко.

Для обнаружения цветных реакций c K, Вd, P, I, а также с кислотами в соответствующий раствор опускают кончик препаровальной иглы. После извлечения из раствора на ней остается капля. Ею прикасаются к слоевищу. Реакция проявляется сразу или спустя 2–3 минуты. Результаты получаются лучше, если реакцию проводят на молодых, растущих частях слоевища. У листоватых и кустистых слоевищ это концы лопастей, у накипных – части, расположенные ближе к краю слоевища. Если требуется реакция на сердцевину, то сначала необходимо удалить верхний коровой слой, соскоблив его и обнажив сердцевину. На открывшийся участок сердцевины осторожно, чтобы реактив не попал на коровой слой, переносят каплю. Реакцию с C проводят несколько иначе. Сначала препаровальную иглу опускают в воду, а потом в C. Крупинки извести прилипают к кончику иглы, и их переносят на то место слоевища, где хотят провести реакцию. Затем иглу вновь опускают в воду и каплю воды переносят на слоевище, где уже есть немного C. На слоевище иглой всю эту капельку перемешивают и ждут реакцию, т.е. изменение цвета кашицы на розовый. Реакцию с КС [КОН + Ca(ClO)₂] проводят аналогично, только вместо воды применяют калий.

Иглу после любой реакции нужно тут же вытереть и ни в коем случае не опускать одну и ту же иглу в разные реактивы. Лучше пользоваться несколькими иглами (для каждого реактива своей), но не всегда это возможно. Если испытывают действие реактива на срез, то сначала срез надо внимательно рассмотреть в капле воды, сделать необходимые замеры и только после этого обычной пипеткой капнуть на предметное стекло рядом с покровным стеклом каплю реактива. Фильтровальной бумагой с противоположного конца отсасывают воду из-под покровного стекла, создавая, ток жидкости так, чтобы раствор реактива проникал под покровное стекло.

Приступая к определению лишайника, необходимо внимательно рассмотреть образец под бинокуляром. Все измерения и результаты реакций, которые приходится делать, следует записывать в альбом, рядом с рисунком. На рисунке надо подписать все основные структуры лишайника, свойственные данному виду. Если пришлось делать срез через слоевище или апотеции, то следует зарисовать срезы, особенно детали строения сумок и спор.

Для определения кустистых и листоватых лишайников до родаможно воспользоваться ключом, приведенным в приложении к данному пособию, а затем по специальным определителям установить видовую принадлежность.

В любом случае, по какому бы определителю ни велось определение, дойдя по ключу до вида, необходимо прочитать его описание и разобраться, соответствует ли оно определяемому образцу или нет. После этого можно сравнить определяемый образец с гербарным.

В заключение необходимо составить в систематическом порядке список определенных видов лишайников.

Изучение лишайниковых группировок. Лишайники являются такими же компонентами фитоценоза, как и грибы, слизевики, водоросли и высшие растении, хотя экологическая и фитоценотическая роль их различна. В пределах фитоценоза лишайники формируют структурные образования – синузии: группировки лишайников, которые обособлены в пространстве или во времени и имеют флористические, экологические или фитоценотические различия. Примерами синузий с ярко выраженными различиями, являются напочвенные, эпифитные и эпилитные лишайники (развивающиеся на камнях, валунах и горных породах). Субстрат оказывает существенное влияние на состав лишайниковых группировок. Так, по видовому составу лишайниковые синузии песчаных почв отличаются от синузий торфянистых почв или почв, богатых известью. Например, на бедных песчаных почвах часто встречается синузия накипных лишайников Lecidea uliginosa и Baeomyces roseus. Для торфяно-болотных почв более характерна синузия накипных лишайников Icmadophila ericetorum и Lecidea granulosa, а для известковых почв – Toninia coeruleonigricans и Fulgensia bracteata. Эпифитные лишайники на стволах различных древесных пород образуют разные группировки. Так, на стволах хвойных деревьев (сосен и елей) характерна синузия, образованная Hypogymnia physodes и H. furfuracea. На деревьях лиственных пород эти виды обычно не встречаются, зато на липах, дубах и других в изобилии развиваются виды пармелии (Parmelia sulcata, P. caperata и др.). Для стволов осин характерны группировки, образованные видами р. Physcia, Xanthoria, Caloplaca и др.

Исследование видового разнообразия лишайников и лишайниковых синузий проводят на пробных площадках для изучения типов леса, которые закладываются в пределах изучаемого фитоценоза. Площадь этих участков колеблется от 2,5 до 5 тыс. м². Для учета напочвенных лишайников на пробной площади в лесу в наиболее типичных ее участках закладывают 10 площадок 1 × 1 м (или 20 площадок 10 × 10см, или 25 × 25см). При изучении эпифитных лишайников выделяют 20–25 модельных деревьев разных видов, на которых учитывается видовой состав. На площадках детально описывают свойства почвы, степень ее увлажненности, доминантные виды высших растений.

После разбора и определения лишайников с пробных площадок определяют их биомассу по видам или в целом. Для этого каждую из выделенных фракций взвешивают, потом высушивают до воздушно-сухого состояния и снова взвешивают. Полученные данные в целом отражают искомую величину, однако недостаточно точны, так как лишайники содержат минеральные примеси, которые искажают истинное значение биомассы. Можно применить косвенный метод учета биомассы по содержанию в них углерода (Родин и др., 1968). Для этого среднюю пробу лишайников подсушивают, растирают в фарфоровой ступке, пропускают сквозь сито с величиной ячеек 0,25 мм, берут навеску и определяют углерод бихроматным методом по Тюрину или методом сухого сжигания Густавсона. Пересчет на общую биомассу производят, считая, что углерод составляет 45 % беззольной биомассы. Результаты заносят в таблицу.

В пределах пробных площадок в результате тщательного осмотра и сбора образцов изучается видовой состав лишайников и составляется полный список лихенобиоты. Для каждого вида указывается морфологическое строение слоевища, его окраска, наличие органов плодоношения, соредиев, изидиев. Кроме того, определяется обилие и покрытие.

Обилие – количество особей (экземпляров) растения на единицу площади. Учет обилия производится в результате пересчета особей. При учете обилия лишайников можно использовать цифровую 5-балльную шкалу: 5 – слоевища лишайников встречаются обильно, в большом количестве; 4 – обильно, в значительном количестве; 3 – в небольшом количестве; 2 – в очень малом количестве, изредка; 1 – единично, в нескольких экземплярах.

Покрытие напочвенных (эпигейных) лишайников определяется в процентах на пробной площадке в 1 м² с помощью сеточки Раменского. Если слоевища лишайников сплошь покрывают поверхность почвы так, что не остается свободных мест, покрытие оценивается в 100%. Следует иметь в виду, что в сырую дождливую погоду степень покрытия лишайников возрастает, а в сухую уменьшается.

Изучение эпифитных лишайников проводится на модельных растениях. Видовой состав эпифитных лишайников определяется с учетом породы и возраста дерева, так как эти факторы влияют на состав лишайников. Выбираются модельные деревья всех пород, которые встречаются на пробной площадке, по возрастным ступеням (0–20, 20–40 лет и т.п.) и на всех экземплярах учитывается видовой состав эпифитных лишайников.

При учете эпифитных лишайников на стволах деревьев выделяют несколько зон: основание ствола, от основания ствола до высоты 1,3-1,5 м, подкроновая часть, нижняя крона, верхняя крона. В кроне дерева лишайники на ветвях учитывают отдельно. В каждой зоне закладывают по 6 площадок размером 10 × 10см или 25 × 25 см, ориентированные в разные стороны. Определяются все виды лишайников в пределах пробной площадки. На каждой площадке на высоте глаз наблюдателя к стволу прикладывают специальную сеточку Раменского размером 20 × 20 см, а в случае очень тонких стволов – 10 × 40см. Степень покрытия определяется в процентах от всей площади квадрата. Широкое распространение получила система баллов Браун–Бланке (Braun–Blanquet, 1964), объединяющая покрытие и обилие:

+ – встречается редко, степень покрытия ничтожна;

1 – индивидуумов много, степень покрытия мала или особи разрежены, но площадь покрытия большая;

2 – индивидуумов много, степень проективного покрытия не менее 1/10, но не более 1/4;

3 – любое количество индивидуумов, степень покрытия 1/4 - 1/2;

4 – любое количество индивидуумов, степень покрытия 1/2 - 3/4;

5 – степень покрытия 3/4, число особей любое.

Оценка проективного покрытия обязательна, так как оно является показателем борьбы растений за свет, влагу, питательные вещества и пространство.

После этого определяется фитомасса лишайников, т. е. общее количество веществ, накопленное в живых частях растительного сообщества на 1 га. Для определения фитомассы эпифитов на пробной площадке надо обследовать не менее 30 деревьев (с выделением зон произрастания лишайников) и определить их общее количество на 1 га. Вычисление фитомассы проводят по формуле (Бязров, 1971):

M = (N×F/100)×( P×S/100),

где M – фитомасса лишайников; N – количество обследованных деревьев (форофитов); F – встречаемость определенного лишайника в синузии, %; P – средняя абсолютно сухая масса лишайников с поверхности 100 см²; S – поверхность, занимаемая лишайниками на одном дереве, см².

В итоге составляется общий список видов, дифференцированный по зонам: корневые лапы дерева, его нижняя часть (от поверхности почвы до уровня груди исследователя), средняя часть ствола (от уровня груди исследователя до нижних сучьев кроны), верхняя часть ствола (до вершины дерева). Изучается видовой состав эпифитных лишайников на сучьях кроны дерева, а также на его листьях (эпифиллы). При составлении флористического списка эпифитных лишайников надо обратить внимание на то, как изменяется видовой состав лишайников, их покрытие при движении от нижней части ствола к его вершине. При описании указываются: синузия эпифитных лишайников, дата, район, рельеф, почва, глубина залегания грунтовых вод, тип леса, ярусное сложение, состав пород, сомкнутость крон, бонитет. Затем называются виды.

При учете эпилитных лишайников, а также лишайников, имеющих плотно и горизонтально прикрепленные к другим субстратам талломы, используется косвенный метод определения их фитомассы (Бязров, Старостина, 1977). Согласно этому методу, на учетной площади прежде всего определяется проективное покрытие каждого вида лишайника в абсолютных единицах, затем определяется средняя масса слоевища на абсолютную единицу поверхности субстрата. Для этого слоевище смачивают и отделяют скальпелем или кисточкой. Отделенную массу помещают в пакетики из кальки, высушивают в течение 24 часов при температуре 105 ^о С и взвешивают. После этого вычисляют массу лишайника, принимая во внимание, что существует прямо пропорциональная зависимость между массой лишайника и его размером. Поэтому, перемножив среднюю массу слоевища с единицы поверхности субстрата на проективную поверхность данного вида, получим массу определенного лишайника в синузии.

При изучении лишайниковых синузий важна и частота встречаемости вида. Для определения частоты встречаемости напочвенных лишайников можно использовать раункиеровские площадки – круглой формы по 0,1 м². В каждом фитоценозе рекомендуется закладывать по 50 таких площадок. На каждой площадке тщательно выявляется видовой состав лишайников. Для определения коэффициента встречаемости эпифитных видов исследуют не менее 50 модельных деревьев.

Коэффициент встречаемости каждого вида определяют по формуле

R = a/b × 100,

где R – коэффициент встречаемости; а – число пробных площадок, где данный вид встречен; b – общее число исследованных площадок.

Видовая насыщенность определяется путем подсчета видов лишайников на площади 1м². Можно проследить, как изменяется видовая насыщенность лишайников в синузиях, встречающихся на разных элементах рельефа и в разных почвенно-грунтовых условиях, в условиях различных фитоценозов.

Значение лишайников в общей флоре какой-либо территории, их видовое богатство выражается коэффициентом лишайников (КЛ), или отношением числа видов лишайников к числу видов высших растений (исключая мхи). Чем выше значение КЛ, тем большее значение имеют лишайники в видовом богатстве флоры данной территории.