Терновый куст - мой дом родной, Братец Лис!
Харрис Дж. "Сказки дядюшки Римуса"
Вегетативные органы растений наряду с основной функцией выполняют и дополнительные функции. Если дополнительные функции начинают преобладать над главными, или орган в процессе развития приобретает какие-либо новые функции, то он очень сильно изменяется морфологически и анатомически. Побег, представляющий собой целостную структурно-функциональную систему, способен к разнообразным видоизменениям, что связано не только с его мультифункциональностью, но и с лабильностью поведения в различных условиях существования. Довольно распространенным типом изменения побега является колючка . Это твердый, обычно одревесневающий безлистный укороченный побег с острой верхушкой побега (колючки у боярышника, терна, гледичии, барбариса , акации и многих других видов растений). Колючками можно считать и эмергенцы, в образовании которых участвует эпидерма и субэпидермальные ткани (например, шипы розы, крыжовника, ежевики)[1], [3].
Целью настоящей работы был сравнительный анализ биомеханических свойств различных видов колючих растений, произрастающих на туристических маршрутах, в окрестностях населенных пунктов и других местах нахождения большого количества людей.
Настоящая работа проводилась с 3 по 10 мая 2002 года в районах Ялты, Большого Каньона, Ай-Петринской яйлы (Крым), и с 17 по 20 мая 2002 года в окрестностях деревни Турово (Московская область). Исследуемые растения определялись до вида или до рода, если определение до вида было затруднено фенофазой растения. Для получения эталона степени колючести и задерживающей способности с точки зрения человека мы исследовали образец колючей проволоки по той же схеме, что и различные виды растений.
Для достижения поставленной цели нами была разработана оригинальная методика объективной оценки степени колючести растений и их задерживающей способности. При описании группы колючих растений отмечали тип острия колючек (рис. 1), форму колючек (разветвленные или простые), измеряли длину наибольшей колючки и высоту растения, а также подсчитывали максимальное количество колючек, острия которых одновременно проецировались на единицу площади (10 см х 10 см).
Рисунок 1. Типы острия (справа налево): плоское, коническое, гвоздевидное, загнутое.
Для каждой группы исследуемых растений проводили измерение усилия, развивающегося при поднимании модельного объекта из куста растения, втягивании в куст и вытягивании из куста модельного объекта в горизонтальном направлении.
Модельный объект был представлен плюшевой игрушкой весом 60 г и размером 8 см х 13 см х 6 см с разнообразными выростами длиной от 6 см до 12 см (рис. 2, 3).
Рисунок 2. Внешний вид модельного объекта при измерениях в кусте терна (Prunus sp.)
Рисунок 3. Внешний вид модельного объекта при измерениях на колючей проволоке
При втягивании, вытягивании и поднимании процесс считался завершенным, если модельный объект заметно продвигался в заданном направлении. Измерения усилия проводили безменом "Pesola" (погрешность +/-0,3%, цена деления 20 г, предельно допустимый вес 1,5 кг). В случае, если было достигнуто предельно допустимое усилие в 1,5 кг, а модельный объект не продвигался заметно в заданном направлении, достигнутому усилию присваивалось значение 1,5 кг. В ходе обработки данных килограммы были переведены в Ньютоны. Из значения усилия, развиваемого при поднимании модельного объекта из зарослей исследуемого растения, было вычтено значение веса самого объекта . Была вычислена проективная плотность колючек на растении (количество колючек, острия которых проецируются на 1 см кв.) путем деления числа колючек с проецирующимися на единицу площади остриями на 100. В качестве величин, позволяющих комплексно оценивать степень колючести растений и их задерживающую способность, нами предложен коэффициент абсолютной колючести (Kак):
где Nк - проективная плотность колючек, Lк - длина наибольшей колючки, hраст - высота растения (см. табл. 1).
Таблица 1. Максимальные значения коэффициентов абсолютной колючести для каждого из исследованных видов растений
| Вид(род) | Как |
|---|---|
| Berberis vulgaris | 5,775 |
| Rosa sp. | 3,098 |
| Prunus sp. | 2,437 |
| Crataegus sp. | 2,894 |
| Rubus caucasicus | 0,894 |
| Ruscus aculeatus | 0,361 |
| Pyracantha sp. | 0,490 |
| Dipsacus laciniatus | 1,760 |
| Berberis heterophyllum | 1,984 |
| Chamaerops humilis | 1,697 |
| Paliurus spina-Christi | 2,925 |
| Tragacantha pentacantha | 0,863 |
| Gleditsia triacanthos | 31,937 |
| Robinia pseudoacacia | 9,165 |
| колючая проволока | 2,884 |
Коэффициент относительной колючести(Кок):
Таблица 2. Максимальные значения коэффициентов относительной колючести для каждого из исследованных видов растений
| Вид(род) | Кок |
|---|---|
| Berberis vulgaris | 3,850 |
| Rosa sp. | 1,549 |
| Prunus sp. | 0,975 |
| Crataegus sp. | 1,158 |
| Rubus caucasicus | 0,894 |
| Ruscus aculeatus | 0,721 |
| Pyracantha sp. | 0,980 |
| Dipsacus laciniatus | 1,466 |
| Berberis heteriphyllium | 1,323 |
| Chamaerops humilis | 1,697 |
| Paliurus spina-Christi | 1,720 |
| Tragacantha pentacantha | 2,877 |
| Gleditsia triacanthos | 3,194 |
| Robinia pseudoacacia | 0,917 |
| колючая проволока | 1,442 |
Для полученных данных были построены корреляционные матрицы, проведен факторный анализ. Мы анализировали непараметрические коэффициенты ранговой корреляции Спирмена, так как распределение значений исследованных параметров не являлось нормальным. Статистическая обработка данных проводилась при помощи пакета STATISTICA (версия STATISTICA 5.5 for Windows).
Корреляционный анализ полученных данных показал наличие прямой связи между коэффициентом абсолютной колючести и усилием, развиваемым при втягивании в заросли исследуемого растения модельного объекта, его вытягивании из них (N=33, R=0,4, p<0,05), а также менее достоверную прямую связь между этим коэффициентом и усилием, развиваемым при поднимании модельного объекта из зарослей исследуемого растения (N=33, R=0,33, p=0,057). Нами не было обнаружено достоверной связи между усилиями, развиваемыми при вышеописанных перемещениях модельного объекта , и величинами, входящими в формулу для расчета коэффициента абсолютной колючести (проективной плотностью колючек, длиной наибольшей колючки и высотой растения) (p>0,1). Исключением является лишь наличие прямой связи между усилием, развиваемым при поднимании модельного объекта из зарослей исследуемого растения, и высотой растения (N=33, R=0,4, p<0,05). Из вышеизложенного следует, что предложенный нами коэффициент абсолютной колючести позволяет оценивать задерживающие свойства колючих растений успешнее, чем отдельно взятые характеристики исследованных растений. Коэффициент относительной колючести характеризует степень колючести растения.
При анализе максимальных значений коэффициентов колючести для каждого из исследованных видов растений можно отметить следующие факты (табл. 1, 2). Значение коэффициента абсолютной колючести для Gleditchia triacanthos и для Robinia pseudoacacia существенно превышает его значения для других исследованных нами видов. Такой результат с одной стороны объясняется существенным вкладом в значение коэффициента абсолютной колючести больших значений высоты этих деревьев. С другой стороны, значение коэффициента относительной колючести для G. triacathos в отличие от R. pseudoacacia также достаточно высоко, что свидетельствует об отличных задерживающих свойствах и высокой степени колючести G. triacanthos. Вероятно, с этим фактом связано то, что "в России этот вид культивируется с начала 19 века и теперь часто встречается в озеленении городов и поселков" [2]. Достаточно высокие значения коэффициентов колючести отмечены для Berberis vulgaris (рис. 4). Не удивительно, что "его симпатичные кусты украшают парки, сады и газоны если не всех, то почти всех городов нашей страны" [2]. Значения коэффициентов колючести для G. triacanthos и B. vulgaris превышают таковые для колючей проволоки. Значения коэффициента абсолютной колючести, близкие к таковым у колючей проволоки, были отмечены для зарослей терна (Prunus sp.), боярышника (Crataegus sp.), шиповника (Rosa sp., рис. 5) и держи-дерева (Paliurus spina-Christi). Это свойство вышеперечисленных видов было давно обнаружено человеком, заросли вышеперечисленных растений "с успехом используются для создания плотных непроходимых изгородей".
Рисунок 4. Колючки барбариса
Рисунок 5. Колючки шиповника
Высокое значение коэффициента относительной колючести было зафиксировано у Tragacantha pentacantha, однако небольшая высота этого чрезвычайно колючего растения существенно понижает его задерживающие свойства. Значения коэффициента относительной колючести, сходные с его значением для колючей проволоки были отмечены у Rosa sp., Dipsacus laciniatus, Berberis heterophyllum, Chamaerops humilis и Paliurus spina-Christi.
Факторный анализ полученных данных позволяет отметить, что растения одного вида не образуют четких групп (рис. 6). Такой результат свидетельствует о зависимости результатов измерений не только от видовой принадлежности растения, но и от его состояния (его возраста, высоты, количества растений , составляющих заросль). Для уменьшения влияния состояния растения на результаты работы необходимо увеличить количество измеренных растений одного вида.
Рисунок 6. Распределение исследованных растений по их задерживающим свойствам и степени колючести (факторный анализ).
Настоящая работа проводилась в рамках биологических практик естественно-научного отделения Московской гимназии на Юго-Западе (N 1543). Активное участие в полевых исследованиях принимали Абрамова Л. и Снеткова Н., которым мы выражаем искреннюю благодарность.
Webmaster: Полина Волкова