Реакция пигментной и антиоксидантной систем растений на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта. | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2012. № 2 (18).

Реакция пигментной и антиоксидантной систем растений на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта.

Изучена реакция пигментной и антиоксидантной систем растений фитоурбоценозов г. Калининграда на загрязнение окружающей среды выбросами автотранспорта. Показано превышение фонового содержания кадмия в растительных пробах г. Калининграда и выявлена положительная корреляционная связь между его содержанием в растениях и интенсивностью движения автотранспорта. Выявлены высокая отрицательная корреляционная связь между содержанием Cd в растениях и их антиоксидантным статусом и положительная корреляция между содержанием Cd и накоплением антоцианов. Приведены данные по содержанию фотосинтетических пигментов в растениях в условиях атмотехногенного загрязнения. Снижение антиоксидантного статуса и активности фотосинтетического аппарата - симптомы неудовлетворительного состояния растений вследствие сильного разрушающего действия автомобильных поллютантов. Активное накопление антоцианов в вакуолях клеток может повысить эффективность антиоксидантной системы в процессах нейтрализации продуктов окислительного стресса и способствовать повышению устойчивости растений к действию кадмия.

Reactionof pigmental and antioxidant systems of plant on environmental pollutionof Kaliningrad by motor transport emissi.pdf ВведениеВ последние десятилетия отмечаются рост городов и возрастание площадей урбанизированных территорий, что создает многие кризисные экологические проблемы. В пределах городов наблюдаются суммарное воздействие большого числа негативных факторов, а также максимальная концентрация химических веществ, приводящая к ухудшению условий жизни населения. Так, например, атмосферный воздух г. Калининграда по составу загрязняющих веществ является типичным для современных городов с развитой транспортной инфраструктурой. Удельный вес выбросов от городского автотранспорта в суммарном антропогенном выбросе вредных веществ составляет 83,8%, превышая более чем в 6 раз выбросы от стационарных источников [1].Исследования различных урбоэкосистем показывают [2, 3], что для эффективного управления качеством городской среды необходимо обладать достаточной информацией об эколого-физиологическом состоянии городских фитоценозов, позволяющей оценить функциональный вклад каждого вида в изменение качества среды в направлении ее улучшения. В связи с этим оценка влияния выбросов автотранспорта на состояние городских экосистем в настоящее время приобретает исключительно важное значение. Среди широкого спектра исследуемых компонентов урбоэкосистем большое внимание отводится изучению состояния травянистых и древесных насаждений. Установлены высокие уровни корреляционных связей между морфологическими и физиологическими параметрами древесных растений и токсикологическими нагрузками [4]. Показано, что древесные растения обладают высокой чувствительностью к антропогенной нагрузке, поэтому могут служить адекватными индикаторами состояния урбоэкосистемы [4]. В качестве диагностических признаков, несомненно, должны использоваться наиболее чувствительные к экологическим воздействиям информативные функции и процессы на всех уровнях организации растений: клеточном, тканевом, организменном и экосистемном. Для ранней диагностики состояния растений урбоэкосистем могут быть использованы физиолого-биохимические характеристики ассимилирующих органов, которые в значительной мере определяют ростовые и репродуктивные процессы, а также наиболее чувствительны к экологическим изменениям окружающей среды [5]. Известно, что одним из биохимических показателей реакции растений на изменение факторов внешней среды, степени их адаптации к новым экологическим условиям является содержание хлорофиллов и каротиноидов - главных фоторецепторов фотосинтезирующей клетки. Кроме того, уровень водорастворимых антиоксидантов, антоциановых пигментов, обладающих разносторонним действием на физиологические процессы в растительных клетках и, как в последнее время считают, участвующих в системной приобретенной устойчивости растений к стрессовым факторам, также может быть использован для оценки их физиологического состояния [6, 7]. Цель настоящей работы - оценка влияния выбросов автотранспорта на состояние растений и определение его вклада в загрязнение окружающей среды г. Калининграда. Материалы и методики исследования Район исследования - 6 постоянных пробных площадок на территории г. Калининграда (ИУ1-ИУ6), расположенных в придорожных зонах (до 5 м от дорожного полотна) на основных автомагистралях областного центра. Пробные площадки были разбиты с учетом оценки общего состояния городской среды и находились в разных районах города. Контрольный участок располагался на значительном удалении от городской черты (более 40 км)на территории «Национального парка Куршская коса». По климатическим условиям рассеивания вредных веществ территория «Национального парка Куршская коса» относится к зоне с низким потенциалом загрязнения атмосферы, фоновые концентрации загрязняющих веществ на контрольном участке не превышают ПДК для атмосферного воздуха населенных мест (коэффициент экологической ситуации 0,8) [1]. Степень загрязнения атмосферного воздуха пробных участков г. Калининграда определяется выбросами более 200 промышленных предприятий города, ТЭЦ, котельных, но наибольший вклад в его загрязнение вносит автотранспорт. С учетом комплексной оценки состояния окружающей городской среды уровень загрязнения на пробных участках ИУ1, ИУ4, ИУ5 оценивался как умеренно загрязненный, на ИУ6 - загрязненный, ИУ2 - грязный, ИУ3 - очень грязный [8].Для биогеохимического апробирования были использованы наиболее распространенные в городских ландшафтах виды древесных и травянистых растений: ель обыкновенная (Picea abies (L.) Karst.), липа сердцевидная (Tilia cordata Mill.), одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Webb.), подорожник большой (Plantago major L.). Сбор материала (кора, хвоя, листья) проводился в течение вегетационного периода (июнь - июль) 2009 г. Образцы отбирались на нижних ветках взрослых деревьев с указанием места отбора, вида, диаметра дерева, высоты взятия пробы. Отбиралась смешанная проба с деревьев одного вида. Выделение средней пробы проводилось в сухую погоду в соответствии с ГОСТом 27262-87 «Корма растительного происхождения. Методы отбора проб» [2]. Пробы растений высушивали при +65°С до постоянного веса. Высушенные растения измельчали в мельнице из нержавеющей стали и пропускали через 0,25-миллиметровое сито. Сухие образцы (5 г) озоляли в муфельной печи при постепенно возрастающей температуре от +25 до +450°С в течение 1,5 ч, последующие 2 ч озоление проводили при +450°С. Золу растворяли в 20 мл смеси концентрированных кислот HCl и HNO3 (3:1), затем разбавляли (1:20) деионизированной водой [9]. Концентрацию кадмия в растительном материале определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии на приборе Varian AA 240 FS (США).Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха (по концентрации СО) на пробных участках проводилась с учетом интенсивности и состава транспортных потоков, коэффициентов, учитывающих аэрацию местности, влажность воздуха, скорость ветра, замедление движения транспорта на светофорах и пересечениях улиц. Использованная методика позволяет рассчитать средний дневной выброс угарного газа [10]. Количественное определение хлорофилла а и b, каротиноидов было проведено спектрофотометрически без предварительного разделения в 100%-ной ацетоновой вытяжке с последующим расчетом по формуле Хольма- Веттштейна [11]. Концентрацию антоциановых пигментов определяли спектрофотометрически в 1%-ном солянокислом водном экстракте при длине волны 510 нм, предварительно гомогенат центрифугировали при 4 500 g в течение 30 мин. Для внесения поправок на содержание зеленых пигментов определяли оптическую плотность полученных экстрактов при 657 нм. Содержание суммы антоцианов рассчитывали по цианидин-3,5-дигликозиду [12]. Поглощение данных пигментов определяли на спектрофотометре «СФ-2000» (ЗАО «ОКБ СПЕКТР», Россия).Массовую концентрацию антиоксидантов (АОА) в исследуемых образцах, эквивалентную кверцетину, определяли амперометрическим методом на приборе «Цвет Яуза 01-ААA» (НПО «Химавтоматика», Россия) по методике Я.И. Яшина [13]. Содержание исследуемых веществ приведено на грамм сухого веса. В ходе исследования было отобрано и проанализировано 378 проб. Анализ проводился в трехкратной биологической (n꞊ 3) и не менее чем в трех аналитических повторностях. Полученные данные обработаны статистически и представлены в виде средних арифметических значений и их стандартных ошибок. Статистическая значимость различий между вариантами определяли с помощью t-критерия Стьюдента (р ≤ 0,05). Корреляционный анализ проводили с помощью критерия Пирсона. Статистическая обработка результатов и построение графиков выполнены в программе StatSoft STATISTICA 8.0 и MS Excel 2003.Результаты исследования и обсуждениеТерритория г. Калининграда характеризуется различным уровнем загрязнения, степень которого на пробных участках оценивалась по показателям интенсивности движения автомобильного транспорта и уровню загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами (по концентрации СО). В табл. 1 приведены результаты комплексной оценки атмотехногенного загрязнения пробных площадок г. Калининграда и для сравнения - контрольного участка (фон).Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха выявлено на основных автомагистралях г. Калининграда с высокой интенсивностью движения автотранспорта. Суммарная оценка загруженности улиц автотранспортом на пробных участках показала, что низкая интенсивность движения автотранспорта наблюдалась только на контрольном участке (168 авт. / ч), средняя интенсивность - на ИУ1 (252 авт. / ч), высокая - на ИУ5 (840 авт. / ч). Оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха (по концентрации СО) показала превышение ПДКм.р. окиси углерода (5 мг/м3) на всех ИУ за исключением контрольного (1,9 мг/м3) и ИУ1 (3,5 мг/м3). Максимальный уровень интенсивности движения автотранспорта 1784-1794 авт. / ч и загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами 36,4-39,6 мг/м3 наблюдался на ИУ2 и ИУ3. Анализ данных по содержанию кадмия показал, что в растительных пробах г. Калининграда выявлено значительное превышение его фоновогоуровня. Минимальное содержание кадмия у исследуемых растений наблюдалось в пробах Куршской косы (контроль). Содержание кадмия в листьях липы и хвое ели составило 0,17±0,01 мг/кг сухой массы, в листьях одуванчика - 0,15±0,01 мг/кг, в листьях подорожника - 0,35±0,03 мг/кг. Содержание кадмия в коре липы и ели составило 0,2-0,22 ±0,01 мг/кг. Т а б л и ц а 1 Оценка атмотехногенного загрязнения пробных участков г. Калининграда и фонового (контроль) [1, 14]№ ИУКонцентрация загрязняющих веществ в 10 м от проезжей части, ПДК**Выброс загрязняющих веществ на участке автомагистрали, т/год/км***Интенсивность движения автотранспорта, авт./чУровень загрязнения атмосферного воздуха (по концентрации СО), мг/м3Комплексная оценка состояния окружающей городской среды, зоныФон (К)

Ключевые слова

bioindication, antioxidants, city phytocenosis, cadmium, биоиндикация, technogenic pollution, антиоксиданты, фитоурбоценозы, кадмий, техногенное загрязнение

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Бессережнова Маргарита ИвановнаРоссийский государственный университет им. И. Канта (г. Калининград)аспирант кафедры медицинской экологии факультета биоэкологииvaleoecologiy@mail.ru
Скрыпник Любовь НиколаевнаРоссийский государственный университет им. И. Канта (г. Калининград)кандидат биологических наук, доцент кафедры медицинской экологии факультета биоэкологииvaleoecologiy@mail.ru
Масленников Павел ВладимировичРоссийский государственный университет им. И. Канта (г. Калининград)кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры медицинской экологии факультета биоэкологииpashamaslennikov@mail.ru
Чупахина Галина НиколаевнаРоссийский государственный университет им. И. Канта (г. Калининград)доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой медицинской экологии факультета биоэкологииtchoupakhina@mail.ru
Всего: 4

Ссылки

Николаева Т.Н., Гончарук ЕА., Загоскина Н.В. Влияние кадмия на антиоксидантную систему клеток высших растений // Биоантиоксидант : материалы докл. VIII междунар. конф. М. : РУДН, 2010. С. 235-236.
Королева Ю.В. Биоиндикация атмосферных выпадений тяжелых металлов на территории Калининградской области // Вестник РГУ им. И. Канта. 2010. № 7. С. 39-44.
Масленников П.В., Фролов Е.М. Исследование физиологических механизмов формирования устойчивости растений озимой ржи (Secale cereal L.) к токсическому действию CdCl2 // Инновации в сельском хозяйстве : межвуз. сб. науч. тр., посвященный 15-летию высшего аграрного образования в КГТУ. Калининград : Изд-во ФГОУ ВПО КГТУ, 2010. Ч. 1. С. 113-119.
Холодова В.П., Волков К.С., Кузнецов В.В. Адаптация к высоким концентрациям солей меди и цинка растений хрустальной травки и возможность их использования в целях фиторемедиации // Физиология растений. 2005. Т. 52, № 6. С. 848-858.
Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л. : Агропромиздат, 1987. 142 с.
Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнима Н.М., Лайдинен Г.Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск : Карельский научный центр РАН, 2007. 172 с.
Шишлова Н.А., Христофорова Н.К. Оценка загрязнения приземного воздуха города Уссурийска по содержанию тяжелых металлов в одуванчике лекарственном // Вестник СВНЦ ДВО РАН. 2009. № 4. С. 81-84.
Yamasaki H., Uefuji H., Sakihama Y. Bleaching of the red anthocyanin induced by superoxide radical //Archives of Biochemistry and Biophysics. 1996. Vol. 332. P. 183-186.
Гетко Н.В. Растения в техногенной среде. Минск : Наука и техника, 1989. 208 с.
Усманов И.Ю., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология растений. М. : Логос, 2001. 223 с.
Чупахина Г.Н., Масленников П.В. Адаптация растений к нефтяному стрессу // Экология. 2004. № 5. С. 330-335.
Гирс Г.И. Физиология ослабленного дерева. Новосибирск : Наука, 1982. 255 с.
Экологический атлас г. Калининграда. СПб. : НИИ Атмосфера, 2002. 11 карт.
Капелькина Л.П., Бадина Т.Б., Бакина Л.Г. Экологическая оценка почв и зеленых насаждений на транспортных магистралях Санкт-Петербурга // Экологизация автомобильного транспорта : тр. Всерос. науч.-практ. семинара. СПб., 2008. С. 82-85.
Ивлиева О.В. Методические указания к практическим занятиям по курсу «Геоэкологический мониторинг». Ростов-на-Дону : Изд-во РГУ, 2002. 18 с.
Полевой В.В., Максимова Г.Б. Методы биохимического анализа растений. Л. : Изд-во ЛГУ, 1978. 192 с.
Дедков В.П., Масленников П.В., Гребенев Н.Н. Содержание антоцианов как показатель нефтяного загрязнения растений и растительных сообществ дюн Куршской косы // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. 2006. № 1. С. 102-108.
Яшин А.Я., Яшин Я.И. Новый прибор для определения антиоксидантной активности пищевых продуктов, биологически активных добавок, растительных лекарственных экстрактов и напитков // Приборы и автоматизация. 2004. № 11. С. 45-48.
Yargholi B., Azimi A.A., Baghvand A. et al. Investigation of Cadmium Absorption and Accumulation in Different Parts of Some Vegetables // American-Eurasian Journal of Agricultural & Environmental Sciences. 2008. Vol. 3, № 3. P. 357-364.
Куркина М.В., Дедков В.П., Климова Н.Б. и др. Новые данные о некоторых группах микроорганизмов в почвах города Калининграда // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. 2009. Вып. 7. С. 90-98.
Лапин А.А., Борисенков М.Ф., Карманов А.П. и др. Антиоксидантные свойства продуктов растительного происхождения // Химия растительного сырья. 2007. № 2. С. 79-83.
Тужилкина В.В. Реакция пигментной системы хвойных на длительное аэротехногенное загрязнение // Экология. 2009. № 4. С. 243-248.
Чупахина Г.Н. Система аскорбиновой кислоты растений. Калининград : Изд-во КГУ, 1997. 120 с.
Кин О.Н. Растительные сообщества в зоне промышленной разработки газа и аккумуляции ими тяжелых металлов // Экология. 2008. № 4. С. 269-275.
Зотикова А.П., Бендер О.Г., Собчак Р.О., Астафурова Т.П. Сравнительная оценка структурно-функциональной организации листового аппарата хвойных растений на территории г. Горно-Алтайска // Вестник Томского государственного ниверситета. 2007. № 299 (1). С. 197-200.
Станченко Л.Ю. Эколого-геохимическая оценка и типизация урбоэкосистем Калининграда и Светлогорска // Естественные и технические науки. 2008. № 6. С. 221-224.
Информационный бюллетень. Особенности состояния здоровья населения Калининградской области в связи с влиянием факторов среды обитания в 2008 г. / Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Калининградской области. Калининград, 2009. 41 с.
 Реакция  пигментной и антиоксидантной систем растений на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта. | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2012. № 2 (18).

Реакция пигментной и антиоксидантной систем растений на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта. | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2012. № 2 (18).