Przystosowania roślin do wzrostu na hałdach cynkowo-ołowiowych okolic Olkusza..pdf

Tom 51, 2002

Numer 2 (255)

Strony 139–150

M A£GORZATA W IERZBICKA

Zak³ad Morfogenezy Roœlin

Instytut Biologii Eksperymentalnej Roœlin

Wydzia³ Biologii

Uniwersytet Warszawski

Miecznikowa 1, 02–096 Warszawa

e-mail: wierzbicka@biol.uw.edu.pl

PRZYSTOSOWANIA ROŒLIN DO WZROSTU NA HA£DACH CYNKOWO-O£OWIOWYCH

OKOLIC OLKUSZA

WPROWADZENIE

Roœliny porastaj¹ce gleby, naturalnie wzbo-

gacone przez metale, od dawna budzi³y zainte-

resowania botaników. Nawet, uzyska³y one od-

rêbn¹ nazwê — „metalofity” — dla podkreœlenia

wyj¹tkowoœci miejsc ich wystêpowania. Wy-

stêpowania „przywi¹zanego” do gleb o wyso-

kiej zawartoœci metali, a szczególnie cynku,

o³owiu ale równie¿ i kadmu, miedzi, niklu.

Opis takich szczególnych miejsc i ich roœlinno-

œci na terenie Europy czytelnik mo¿e znaleŸæ w

pracy np. E RNST ’ A (1974) lub w ksi¹¿ce J.

S CHAW (red.) „ Heavy metal tolerance in

plants: evolutionary aspects ” (1990, CRC, Flo-

rida).

Na terenie Polski, obszar, w którym gleby

wzbogacone s¹ przez cynk i o³ów, znajduje siê

w okolicach Olkusza. Jest to obszar górniczej

eksploatacji rud cynkowo-o³owiowych. Teren

zarówno wielowiekowej tradycji górnictwa i

hutnictwa metali kolorowych, ale równie¿ te-

ren, w którym gleby powierzchniowe, w spo-

sób naturalny, maj¹ podwy¿szona iloœæ cynku,

o³owiu i kadmu.

Bogat¹ historiê górnictwa tego terenu, jak i

opis starych ha³d galmanowych (Ryc. 1), czy

œwie¿ych usypisk, znajdzie Czytelnik w tym nu-

merze „KOSMOSU” w artykule K. G RODZIÑ-

SKIEJ iG.S ZAREK -£ UKASZEWSKIEJ . My natomiast

zajmiemy siê kilkoma gatunkami wystê-

puj¹cymi na jednej z najstarszych ha³d tego te-

renu. Na ha³dzie, na której zosta³ za³o¿ony (chy-

ba jedyny w swoim rodzaju) teren ochronny

szczególnie chronionym gatunkiem jest plesz-

czotka górska, Biscutella laevigata (Ryc. 2).

STARA HA£DA W BOLES£AWIU K/OLKUSZA

Niezwyk³y zestaw florystyczny starej ha³dy

galmanowej (wiek ok. 100 lat) budzi zaintere-

sowanie botaników od pocz¹tków ubieg³ego

wieku (W ÓYCICKI 1913). Uznano, ¿e ha³dy te

poroœniête s¹ specyficzn¹ roœlinnoœci¹ galma-

now¹ (Rys. 1) (D OBRZAÑSKA 1955, G RO-

DZIÑSKA i wspó³aut. 2001).

Do gatunków dominuj¹cych na starej

ha³dzie w Boles³awiu k/Olkusza nale¿¹ m.in.

lepnica rozdêta ( Silene vulgaris ) , goŸdzik kar-

Badania przedstawione w tej pracy by³y finansowane z grantu Komitetu Badañ Naukowych No 6 PO4C001119.

140

M A£GORZATA W IERZBICKA

Ryc. 1. Stara ha³da galmanowa (100 lat) w Boles³awiu k/Olkusza pokryta bogat¹ roœlinnoœci¹ galma-

now¹.

tuzek ( Dianthus carthusianorum ) i pleszczot-

ka górska ( Biscutella laevigata ) .

Ju¿ D OBRZAÑSKA (1955) zauwa¿y³a, ¿e te

gatunki roœlin ró¿ni¹ siê swoimi cechami mor-

fologicznymi od roœlin wystêpuj¹cych na gle-

bach tzw. czystych. Jednak ci¹gle pozostawa³o

zagadk¹, czy cechy te s¹ tylko reakcj¹ fenoty-

pow¹, nastêpuj¹c¹ w odpowiedzi na trudne i

specyficzne warunki panuj¹ce na ha³dzie gal-

manowej, czy te¿ dosz³o ju¿ do wytworzenia

zmian genotypowych i cechy przystosowaw-

cze tych roœlin do wzrostu w trudnych warun-

kach panuj¹cych na ha³dzie zosta³y utrwalone

genetycznie?

W Pracowni Œrodowiskowego Ska¿enia Ro-

œlin, Wydzia³u Biologii UW od kilku lat szuka-

my odpowiedzi na pytanie: czy u gatunków ro-

œlin dominuj¹cych na ha³dzie nast¹pi³o trwa³e

przystosowania do trudnych warunków pa-

nuj¹cych na ha³dzie, czyli do warunków: braku

wody, podwy¿szonej zawartoœci metali ciê-

¿kich, braku niektórych sk³adników pokarmo-

wych w pod³o¿u, bardzo silnego nas³onecznie-

nia (insolacji) i silnych wiatrów. A wiêc do wa-

Ryc. 2. Pleszczotka górska ( Biscutella laevigata ) — charakterystyczny owoc (³uszczynka). G³ówna ce-

cha systematyczna odró¿niaj¹ca ten gatunek od gatunków pokrewnych.

Przystosowania roœlin do wzrostu na ha³dach cynkowo-o³owiowych

141

runków ekstremalnie trudnych (W IERZBICKA i

R OSTAÑSKI 2002). W dalszej czêœci tego arty-

ku³u zostan¹ przedstawione nasze g³ówne usta-

lenia dotycz¹ce trzech badanych gatunków ro-

œlin. I co ciekawe — w przypadku wszystkich

trzech gatunków, zosta³y uchwycone pewne

mikroewolucyjne zmiany.

wystêpowanie jako charakterystyczne tylko

dla piaszczystych i kamienistych nadbrze¿y re-

gionu œródziemnomorskiego i Portugalii. Nato-

miast wg Flory Polskiej (P AWLUS 1992) na gal-

manowych ha³dach Olkusza i Boles³awia wy-

stêpuje podgatunek humilis = angustifolia.

W naszej Pracowni przeprowadziliœmy ba-

dania porównawcze roœlin Silene vulgaris po-

pulacji ha³dowej (pochodz¹cej z ha³dy galma-

nowej w Boles³awiu k/Olkusza) oraz dwóch

populacji naturalnych (pochodz¹cych z Ogro-

du Botanicznego w Warszawie, jak i z Suwal-

skiego Parku Krajobrazowego (W IERZBICKA i

P ANUFNIK 1998, W IERZBICKA iZ YSKA 1999).

Badaniom poddano zarówno roœliny

rosn¹ce w warunkach naturalnych na ha³dzie,

jak równie¿ roœliny hodowane w komorach fi-

LEPNICA ROZDÊTA — SILENE VULGARIS

Silene vulgaris (Caryophyllaceae) jest ro-

œlin¹ powszechnie wystêpuj¹c¹ na terenie Eu-

ropy. Jest to gatunek wyj¹tkowo zmienny

(T UTIN i wspó³aut. 1993). Na metalonoœnych

(Zn) glebach tworzy on formy o charaktery-

Ryc. 3. Du¿e w³oœniki na korzeniu siewki lepnicy rozdêtej ( Silene vulgaris ) — populacja ha³dowa. Siew-

ki zosta³y wyhodowane w kulturze hydroponicznej z nasion pochodz¹cych z ha³dy galamnowej w Bo-

les³awiu k/Olkusza (przystosowanie kserotermiczne).

stycznym pokroju. S¹ to roœliny drobne, nisko-

pienne o ma³ych liœciach. Odró¿niaj¹ siê tym

od form normalnych, które s¹ wzniesione,

d³ugo³odygowe, o du¿ych szerokich liœciach

(B RÖKER 1963, H EGI 1978, G RIES 1966). Formy

wystêpuj¹ce na metalonoœnych glebach Euro-

py okreœlone zosta³y jako odrêbny podgatunek

— ssp. angustifolia (Koch) = ssp . humilis

(Schubert). Jednak¿e problem ten budzi ci¹gle

powa¿ne w¹tpliwoœci. Autorzy Flora Europea

(T UTIN i wspó³aut. 1993) nie wi¹¿¹ wystêpo-

wania podgatunku angustifolia z glebami ma-

talonoœnymi Europy Œrodkowej. Okreœlaj¹ jej

totronowych, w zwyk³ej glebie, w kontrolowa-

nych warunkach. Przeprowadzono szcze-

gó³owe obserwacje porównawcze roœlin Sile-

ne vulgaris -— populacji ha³dowej i populacji

naturalnej (Ryc. 4, 5) Obserwacje te doprowa-

dzi³y do wniosku, ¿e w populacji ha³dowej Sile-

ne vulgaris , wystêpuj¹ utrwalone genetycznie

przystosowania, które umo¿liwiaj¹ tym roœli-

nom wzrost na ha³dzie galmanowej. Przystoso-

wania te id¹ w trzech kierunkach: przystoso-

wania do oszczêdnej gospodarki wodnej, przy-

stosowania do trudnych warunków pokarmo-

wych i przystosowania do tolerowania nad-

142

M A£GORZATA W IERZBICKA

Ryc. 4. Pokrój ogólny lepnicy rozdêtej ( Silene

vulgaris ) — populacja naturalna. Roœliny zosta³y

wyhodowane (w zwyk³ej glebie) z nasion po-

chodz¹cych z Ogrodu Botanicznego w Warsza-

wie.

Ryc. 5. Pokrój ogólny lepnicy rozdêtej ( Silene vul-

garis ) — populacja ha³dowa. Roœliny zosta³y wy-

hodowane (w zwyk³ej glebie) z nasion po-

chodz¹cych z ha³dy galmanowej w Boles³awiu

k/Olkusza.

miernych iloœci metali ciê¿kich (W IERZBICKA i

P ANUFNIK 1998).

Roœliny populacji ha³dowej ró¿ni³y siê w

sposób istotny statystycznie od roœlin popula-

cji naturalnych (po hodowli w zwyk³ej glebie,

w jednakowych warunkach) nastêpuj¹cymi ce-

chami (W IERZBICKA iP ANUFNIK 1998):

1. Roœliny populacji ha³dowej mia³y

odmienny ogólny pokrój morfologiczny. Pêdy

ich by³y liczne, cienkie i p³o¿¹ce siê, o w¹skich

blaszkach liœciowych (Ryc. 5, 7), podczas gdy

pêdy roœlin populacji naturalnej mia³y pêdy

grubsze i wznosz¹ce siê o znacznie wiêkszych

liœciach (Ryc. 4, 6).

Ryc. 6. Wielkoœæ liœci lepnicy rozdêtej ( Silene vul-

garis ) — populacja naturalna (patrz Ryc. 4).

Ryc. 7. Wielkoœæ liœci lepnicy rozdêtej ( Silene vul-

garis ) — populacja ha³dowa (patrz Ryc. 5).

Przystosowania roœlin do wzrostu na ha³dach cynkowo-o³owiowych

143

Ryc. 8. Tolerancja na o³ów populacji ha³dowych (F1H) i naturalnych (F1N) Biscutella leavigata (A) ,

Silene vulgaris (B) i Dianthus carthusianorum (C).

Indeks tolerancji jest to przyrost korzeni roœlin doœwiadczalnych wyra¿ony w % kontroli. Roœliny by³y hodowane

w po¿ywce z dodatkiem PbCl 2 w stê¿eniu 2,5 mg/dm 3

przez 7–10 dni.

2. Liœcie roœlin populacji ha³dowej

by³y mniejsze (Ryc. 6, 7), lecz grubsze od liœci

roœlin populacji naturalnej. Zwiêkszenie gru-

boœci liœci spowodowane by³o zwiêkszeniem

objêtoœci komórek miêkiszu polisadowego i

g¹bczastego.

3. Roœliny populacji ha³dowej wykazy-

wa³y zdolnoœci do szczególnie obfitego wytwa-

rzania w³oœników korzeniowych w porówna-

niu z korzeniami roœlin populacji naturalnej

(Ryc. 3).

4. Roœliny populacji ha³dowej znacz-

nie szybciej rozwija³y siê i szybciej osi¹ga³y fazê

generatywn¹ (œrednio o 2 tygodnie wczeœniej

ni¿ roœliny populacji naturalnej).

5. Roœliny populacji ha³dowej odzna-

cza³y siê znacznie wiêksz¹ p³odnoœci¹. Wytwa-

rza³y œrednio o 23% wiêcej kwiatów na jednym

osobniku ni¿ roœliny populacji naturalnej. Przy

tym równie¿ wytwarzana by³a wiêksza liczba

nasion, a poszczególne nasiona by³y mniej-

szych rozmiarów ni¿ u roœlin populacji natural-

nej (o ok. 15%).

6. Roœliny populacji ha³dowej osi¹ga³y

o ok. 20% mniejsz¹ biomasê ni¿ roœliny popula-

cji naturalnej. Zmniejszenie biomasy populacji

roœlin odpornych na metale by³o równie¿ opi-

sane dla Silene vulgaris w innych miejscach Eu-

ropy (V ERKLEIJ iP RAST 1989, L EFÉBVRE i

V ERNET 1990).

7. Roœliny populacji ha³dowej by³y

znacznie bardziej (o ok. 30%) odporne na ob-

ni¿enie osmotycznego potencja³u wody ni¿ ro-

œliny populacji naturalnej. Wskazuje to na ich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: