УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СОРНЫХ РАСТЕНИЙ

Сорные растения – сегетальные и рудеральные – имеются не только в агроценозах и культурных ландшафтах, но и на территории любых населенных пунктов. Их негативное значение зависит как от степени адаптации определенных видов растений к синантропным очагам и агроценозам, так и от характера хозяйственной деятельности. Но не зря существует мнение (в частности, высказанное героиней книг Владимира Мегре Анастасией), что все в природе существует для блага человека. Не оспаривая этой истины, можно подчеркнуть, что позитивная роль многих природных объектов открывается не всем, а лишь истинным любителям природы, людям с философским отношением к жизни, творчески мыслящим специалистам. И среди позитивных сторон сосуществования сорных растений с человеком хотелось бы отметить их учебно-методическое значение. Наш опыт преподавания биологии в школе и ряда биологических дисциплин в вузе позволяет рекомендовать использование сорных растений для учебно-методических целей – как в академическом, так и в прикладном аспекте. Попробуем перечислить основные моменты, связанные с использованием сорных растений в учебно-методических целях.

1. Организация регионального биологического и сельскохозяйственного образования. В этом плане экскурсионное изучение сорных растений населенных пунктов, культурных ландшафтов, дорожных насыпей, сукцессионных биоценозов, различных типов агроценозов позволит получить представление не только об основных видах и таксонах сегетальных и рудеральных растений, но и характере хозяйственной деятельности, основных экологических и экономических проблемах региона.

2. Получение прикладных ботанических навыков (изготовления гербариев, влажных препаратов, тематических ботанических коллекций), которые наиболее рационально отработать на примере сорных растений, собирать которые можно без ограничения в любом количестве. Сорные растения можно использовать для организации лабораторных занятий по ботанике (анатомии и морфологии, систематике растений) – благодаря тому, что многие сегеталы и рудералы вегетируют почти весь бесснежный период. Возможна также заготовка материала для лабораторных занятий в зимнее время (с хранением в холодильнике или фиксирующих жидкостях).

3. Значение сорных растений для учебно-исследовательской деятельности студентов и учащихся предопределяется как хозяйственным значением этих растений, так и их доступностью для изучения. Следует отметить, что выполнение работ по этой тематике доступно обучаемым любого возраста, не требует дорогостоящего оборудования (нужны лишь полевой дневник, региональный определитель растений, гербарная папка), а познавательное, воспитательное и прикладное значение этой работы достаточно велико. Приблизительный круг исследовательских тем, которые дадут возможность для самостоятельного сбора материала, может включать данные по сорнякам огородов и дачных массивов, полей, городских газонов, цветников и пришкольных участков, стадионов и пустырей, дорожных насыпей, сукцессионных берегов, сорным растениям из числа интродуцентов и бывшей культурной флоры, сырьевому и лекарственному значению сорняков, естественным факторам ограничения численности рудеральных и сегетальных растений в регионе, формированию экофизиологических адаптаций сорных растений.

4. Осуществление межпредметных связей не только биологических дисциплин в учебной программе профильных вузов (ботаника, зоология, экология, эволюционное учение, основы сельскохозяйственного производства, агрономия, фермерское дело, лесное и парковое хозяйство), но и школьных предметов. Например, мы рекомендуем использование многих наиболее обычных рудеральных растений населенных пунктов на уроках изобразительного искусства и технологии. Виды растений с низким содержанием влаги (рогач песчаный, качим метельчатый, кохия распростертая) можно использовать в изготовлении поделок из природных материалов, флористических композиций, оформления кабинетов и аудиторий. Высушенные листья многих сорняков отличаются декоративностью и могут использоваться для различных аппликаций или композиций. Для косметического и хозяйственно-бытового применения мы рекомендуем высушенную середину плодов эхиноцистиса (интродуцированного декоративного и медоносного растения, которое широко распространилось как сорняк даже в пойменных ландшафтах), похожую на натуральные мочалки из люффы (мочальной тыквы). Из кохии веничной, циклахены, полыни можно сделать метлы и веники для уличной уборки. При получении сведений о тканях и их природных источниках можно упомянуть изготовление тканей, мешковины и веревок из волокон крапивы и конопли. На уроках технологии и при проведении традиционного «Осеннего бала» в школе мы объявляли конкурсы блюд и напитков из дикорастущих и сорных растений, в которых ученики и их родители могли проявить свою фантазию. Например, предлагались компоты и варенья из ягод паслена черного, использование травы полыни эстрагон (пахнущей морковью) и мелколепестника канадского (со вкусом перца) в качестве приправы, салаты из одуванчика, подорожника, спорыша, плодов мышиного горошка, чай из цветов кровохлебки и чины.

5. Использование для организации лабораторно-практических занятий по общебиологическим дисциплинам с элементами исследовательского и проблемно-поискового обучения. Одной из общих тем генетики и эволюционного учения является генетика популяций – с усвоением закона Харди-Вайнберга и условий его действия. Мы разработали своеобразный мини-практикум с использованием региональных сорных растений и непосредственным сбором материала – чтобы перевести эту тему на прикладные рельсы и вывести ее из чисто академических.

По нашему мнению, из цветущих растений удачным объектом для демонстрации закона Харди-Вайнберга и вычисления частот аллелей является вьюнок полевой, или березка-вьюнок (Convolvulus arvensis). Растение цветет с мая до сентября, поэтому провести полевое занятие можно в любое удобное время, в любом населенном пункте. Наследование окраски венчика, видимо, происходит по типу неполного доминирования: у вьюнка встречаются цветки совершенно белые (двойной рецессив aa), розоватые (видимо, гетерозиготы Аа) и интенсивно розовой, почти красной окраски (гомозиготные по доминантному гену АА). Следует отметить, что неполное доминирование – довольно редкий тип наследования, и школьные учителя и преподаватели вузов не всегда могут показать его реальный практический пример (если отсутствуют классические объекты для его иллюстрации – цветки ночной красавицы).

У такого многочисленного объекта можно подсчитать частоты рецессивного и доминантного аллелей, сравнить фактическое и теоретическое количество рецессивных и доминантных гомозигот и гетерозигот и сделать вывод о соответствии распределения генотипов и фенотипов закону Харди-Вайнберга. Для статистической достоверности показателей учащиеся или студенты должны учесть несколько десятков или сотен цветков, а затем рассчитать частоты встречаемости аллелей. При этом, учитывая фенотипические различия гетерозигот и доминантных гомозигот, частоты аллелей можно вычислить двумя путями: q=√q²; p=1-q, поскольку p+q=1, или же: p=√p²; q=1-p.

На основе подсчета генов и генотипов у березки-вьюнка студенты или учащиеся могут сделать вывод о действии естественного отбора: если частоты рецессивного и доминантного аллелей, а также доля гетерозигот, подсчитанные разными способами, не будут совпадать, то это может быть результатом элиминации или адаптивных преимуществ отдельных фенотипов.

Для изучения микроэволюционных процессов и формирования адаптаций можно рекомендовать такой признак, как ширина листовой пластинки у какого-либо вида растений в условиях разного освещения. Из растений Павлодарской области наиболее вариабельны листья у одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale) – обычного рудерального растения населенных пунктов и дач. Работу можно организовать на любой городской улице, подсчитав частоту различных форм листовой пластинки на освещенной и теневой стороне. Чтобы не осложнять расчеты, можно условно выделить 3 градации: 1) широкая, почти цельная листовая пластинка; 2) средней ширины и рассеченности; 3) узкая, с глубокими вырезами (без резких границ между отдельными градациями). Гипотезу об адаптивности этого признака студенты или учащиеся могут выдвинуть самостоятельно. Здесь возможны два объяснения, не противоречащих друг другу: с одной стороны, широкая листовая пластинка в условиях затененности нужна для обеспечения фотосинтеза, а с другой – при узкой пластинке на солнечной стороне снижается транспирация.

Сорные растения могут служить удачными объектами для иллюстрации взаимодействия естественного и искусственного отбора. С одной стороны, некоторые культурные растения дичают и становятся злостными сорняками (ведь они уже адаптированы к условиям агроценозов на генетическом уровне). С другой – очевидны перспективы окультуривания ряда сорных растений – в связи с их выносливостью, адаптацией к агротехнике, декоративными и хозяйственными качествами отдельных видов, быстрой изменчивостью, создающей материал для селекции. В качестве примера мы обычно приводим щирицу запрокинутую как предка амаранта – петушиного гребня. В г. Павлодаре студенты часто наблюдали скрещивание культурных форм амаранта с дикой щирицей с потерей гребневидной формы соцветия у гибридов. Из числа бывших сорняков в качестве декоративных растений выращивают культурные формы кохии веничной, молочая, дурмана, циклахены.

Сорные растения, особенно наиболее злостные сегеталы, могут служить примерами быстрых темпов эволюции и естественного отбора. На примерах сорняков и вредителей необходимо подвести обучаемых к мысли, что адаптации всех нежелательных спутников человека формируются под влиянием естественного отбора, а искусственный отбор сохраняет признаки, нужные для человека (хозяйственные или декоративные).

6. Формирование у будущих специалистов естественнонаучного профиля преимущественно биоцентрического, а не антропоцентрического и технократического мышления и мировосприятия. Рациональное хозяйствование на современном этапе должно сводить к минимуму грубое противостояние природе, иначе лишний раз подтвердится (и не в пользу человека) универсальный принцип Ле Шателье – Брауна: всякое действие неизбежно рождает противодействие. К тому же при обсуждении пользы или вреда для человека тех или иных природных объектов нужно помнить об относительности любого зла или блага. Для этого мы предлагаем акцентировать внимание обучаемых на следующих основных моментах.

1) Относительность вреда многих видов сорняков, динамичность их количественного и качественного состава. В этой связи при проведении цикла экскурсий можно показать студентам смену видового состава сорных растений на дачах или городских газонах по месяцам и годам, а также привести примеры, как при определенных условиях рудеральными могут стать вполне безобидные растения (донник, манжетка, лапчатка рябинолистная, ромашка лекарственная и ободранная) и даже культуры (хрен, гайлардия, валериана, мелисса).

2) Изучение естественных механизмов ограничения численности сорняков, организация биологических методов борьбы. В этой связи уместно напомнить студентам о пользе зерноядных птиц (чижи, чечетки, коноплянки, а в городах – воробьи и голуби), которые уничтожают много семян сорняков, о необходимости охраны естественных фитоценозов, обитатели которых создают конкуренцию рудералам.

3) Пропаганда рациональной системы хозяйствования, препятствующих расселению сорняков. Образно говоря, семья, вскормившая тунеядца, виновата в этом сама. Сорные растения, как и вредителей, порой «берет на прокорм» сама система ведения хозяйства, не являющаяся природосообразной. Одним из примеров неэкологичного хозяйствования стало массовое освоение целины, которое привело к быстрому размножению многих сорняков и вредителей. Но в то же время в Казахстане есть опыт рационального хозяйствования – это система Валентина Ивановича Двуреченского – Героя труда Республики Казахстан, обосновавшего свою систему земледелия. В его хозяйстве нет вспашки и уборки соломы, которая после срезки колосьев остается на поверхности. Семена зерновых заделываются в почву на 1,5-2 сантиметра. В итоге сохраняется влага, не создается условий для массового распространения сорняков, а немногочисленные сорняки уничтожаются еще до посева.

4) Позитивное (сырьевое, кормовое и лекарственное) значение сорных растений, организация их рационального использования. Студенты могут получить на экскурсиях много интересных сведений, которые могут быть учтены в будущей деятельности и обыденной жизни. Например, такой злостный сорняк, как звездчатка средняя (мокрица) может стать источником стойкой синей краски для тканей, увеличивает количество молока у коров и кормящих матерей. Марь обладает противоглистными свойствами и применяется в ветеринарии. Мелколепестник канадский отличается вяжущими, кровоостанавливающими и противовоспалительными свойствами, хорош как пряность – имеет вкус перца и не раздражает желудок (это свойство растения мы стали использовать впервые, об этом сведений в литературе не было). Корни лопуха большого – не только традиционное средство для укрепления волос, но и сахаропонижающее средство. Крапива и конопля являются источником волокон для грубых тканей и мешковины. Листья крапивы – ценный пищевой продукт и источник многих витаминов и микроэлементов.

Таким образом, сорные растения – неизбежные спутники человека в любом населенном пункте – могут быть успешно использованы в качестве учебно-методического материала для школ и профильных вузов. А будущие специалисты, еще во время учебы получившие сведения о потенциальных сферах применения сегетальных и рудеральных растений, могут затем претворить в жизнь многие идеи рационального использования человеком природы, в которой не бывает ничего бесполезного.