Distribution of ascorbate system acids in plants growing on the oil polluted sitesof the Surgut area.pdf ВведениеВ Ханты-Мансийском автономном округе нефтегазодобывающая про-мышленность является основной отраслью. Югра лидирует не только в Рос-сии, но и в мире по чрезвычайным техногенным ситуациям, связанным свыбросами нефти и нефтепродуктов [1].Растения эволюционно не приспособлены к столь интенсивному загряз-нению окружающей среды. Загрязняющие вещества, нарушая физиологи-ческие процессы растений, оказывают не только прямое отрицательное воз-действие [2], но и сужают пределы толерантности к естественным факторамсреды [3]. Общим следствием любого стрессового воздействия на организмрастения является продукция свободных радикалов, инактивирующих эн-зимы, повреждающие важные клеточные компоненты. Антиоксидантнаясистема растений обеспечивает работу механизмов противостояния окисли-тельному стрессу и включает в себя как низкомолекулярные антиоксиданты(аскорбиновая кислота, флавоноиды, каротин), так и ферменты антиокси-дантного действия. В последнее время из-за увеличения техногенной нагруз-ки на живые организмы, в том числе растения, особенно актуальным явля-ется изучение их механизмов защиты от неблагоприятных факторов среды.Известно, что аскорбиновая кислота (АК) входит в систему защиты растенийблагодаря ее способности обратимо окисляться и восстанавливаться [4, 5].Многие современные исследования направлены на изучение низкомолеку-лярных антиоксидантов как биохимических индикаторов загрязнения окружа-ющей среды, а также как биомаркеров физиологического состояния растений,произрастающих в стрессовых условиях среды [1-5]. Научные исследованияпо адаптации растений к нефтяному загрязнению и другим поллютантам, атакже оценке их физиологического состояния при действии стрессоров про-водятся в России сравнительно недавно. Многие исследования в этой областинаправлены на поиск биомаркеров для экологического мониторинга [6-10].Применение биоиндикационных методов на уровне метаболических реакцийавтотрофных организмов необходимо для ранней диагностики экологическо-го неблагополучия. Следовательно, изучение механизмов адаптации растенийк антропогенным стрессорам является актуальной задачей.Целью работы являлось изучение закономерностей распределения кис-лот системы аскорбата в ряде видов растений (полынь обыкновенная -Artemisia vulgaris L., тростник обыкновенный - Phragmites australis Trin.Ex Steud., ситник альпийско-членистый - Juncus alpino-articulatus Chaix. икипрей узколистный - Chamerion angustifolium Holub.) нефтезагрязненныхучастков Сургутского района.Материалы и методики исследованияДля изучения количественного содержания кислот системы аскорбата врастениях проводились определение количественного содержания аскор-биновой (АК), дегидроаскорбиновой (ДАК) кислот, их метаболита - дике-тогулоновой кислоты (ДКГК) в растениях нефтезагрязненных территорий,определение активности аскорбатоксидазы в растениях, произрастающих натерритории кустовых оснований, сравнение количественного содержаниякислот системы аскорбата в различных видах растений для оценки возмож-ности их адаптации к условиям нефтезагрязнения.Отбор образцов и подготовка к анализу проводились в соответствии сметодическими рекомендациями «Определение химического состава расти-тельных материалов» [11]. За «условно чистую» была принята территорияБарсовой горы. Барсова гора расположена в 20 км от г. Сургута, доминируетнад окружающей территорией, поскольку ее высота более 30 м над урезомводы. Для плоского равнинного ландшафта Западной Сибири - это одна издовольно высоких точек.Сбор растений для определения аскорбиновой кислоты и ее производныхпроводился летом 2005 и 2006 гг. Листья срезались, очищались от земли ипромывались в проточной воде. Пробы отбирались в пятикратной повтор-ности. Летом 2005 г. растения для анализа были собраны с кустовых осно-ваний, в 2006 г. сбор растений проводился на территории Усть-Балыкскогои Южно-Сургутского месторождений [12, 13]. Свежесобранные растения,очищенные и отмытые от остатков почвы, разбирались в лаборатории от по-сторонних примесей и взвешивались на электронных весах. Далее материалвысушивался в затененной комнате с хорошей вентиляцией при комнатнойтемпературе и периодически перемешивался. Листья и трава раскладыва-лись тонким слоем. Высушенный растительный материал был подготовленк анализам: взвешен на электронных весах, измельчен на кофемолке и хра-нился в банках, снабженных этикетками с указанием названия растения,времени и места сбора, а также сырого и сухого веса.Исследование выполнено на базе лаборатории витаминов, микроэле-ментов и обмена веществ Научно-исследовательского института природо-пользования и экологии Севера Сургутского государственного университетаХМАО-Югры (г. Сургут).Для анализа растительных образцов использовалась методика Г.Н. Чупа-хиной по определению аскорбиновой, дегидроаскорбиновой и дикетогуло-новой кислот [14].Статистическая обработка полученных результатов анализов проведенас помощью программы Ms Office Excel. Рассчитаны следующие показате-ли: среднее (M), дисперсия выборки (D), стандартное отклонение (δ), до-верительный интервал c р = 0,95, стандартная ошибка (m). Для определениястатистической значимости различий использовался t-тест.Характеристика нефтезагрязненных участков:На Усть-Балыкском месторождении были выбраны мониторинговыеплощадки Т1А, Т2А, Т3 [12]. Исследуемый участок является пойменным,что во многом определяет скорость его восстановления после антропогенно-го влияния. При авариях нефтепроводов в почву вместе с нефтью попадаютпластовые воды, чрезмерно обогащенные С1, таким образом, нефтяному за-грязнению сопутствует солевое. Для растительности обилие солей и нефте-продуктов в почве является важным лимитирующим фактором.На пойменных участках довольно быстро происходит естественное вы-мывание солей, вследствие чего восстановление растительности протекаетуспешнее, чем на других нефтезагрязненных землях [13].Мониторинговая площадка Т3. На данном участке была проведена от-сыпка песчано-глинистой смесью поверх нефтезагрязненной почвы с по-следующим фрезерованием. Общее проективное покрытие травостоя - 50%[13]. Доминантными являются виды J. alpino-articulatus и P. australis с про-ективным покрытием 30 и 15% соответственно. Растительность площадкиТ3 формируется в мезоэутрофных условиях, согласно оценке по шкале бо-гатства-засоления. По шкале увлажнения это сырые местообитания [15, 16].Мониторинговая площадка Т2А. Сбор растительного материала такжепроводился на глинисто-песчаной отсыпке. Общее проективное покрытие80-85%. Преобладают следующие виды: P. australis (проективное покрытие35%); Eriophorum scheuchzerii Hoppe (25%); а также Agrostis clavata Trin. иИ.В. Кравченко, Л.Ф. Шепелева, М.В. Филимонова, Л.В. ГанюшкинCalamagrostis neglecta Mey. et Scherb. (12%). В 2006 г. на данной территориирастительность оценивалась по богатству и засолению как мезоэутрофная.Преобладали виды растений, для которых характерны по увлажнению сы-рые условия.Мониторинговая площадка Т1А. Мониторинговая площадка Т1А являет-ся отсыпкой. Общее проективное покрытие участка 50%. Проективное по-крытие доминантных видов Calamagrostis purpurea Trin., Carex vesicaria L.,Carex aquatilis Wahlenb. составляет 20, 13, 10% соответственно. Раститель-ность площадки формируется в мезоэутрофных сырых условиях.Южно-Сургутское месторождение расположено на останце второйнадпойменной террасы. Участок является заболоченным и представляет со-бой верховое болото, переходящее в кедрач кустарниково-зеленомошный.Данные химического анализа почв показывают, что нефтяному загрязнениюсопутствует солевое [16].Для исследования были выбраны точки 2А, 2Б, Т1'А, описание 1 и опи-сание 2, являющиеся отсыпками. Растительность площадок формируется вмезоэутрофных условиях, согласно оценке по шкале богатства-засоления.По шкале увлажнения это влажные местообитания, исключение - описа-ние 2, по увлажнению оно является сырым. Общее проективное покрытиетравостоя площадок 2А и 2Б 70−75%. На площадке 2А доминантными явля-ются виды A. clavata, Carex acuta L., Eriophorum polystachion L. с проектив-ным покрытием 20, 30, 20% соответственно.На площадке 2Б преобладают следующие виды: A. clavata (20%), Juncusbufonius L. (25%), Melilotus albus Medik. (12%). Общее проективное покры-тие площадок Т1'А, описание 1 и описание 2 составляет по 85%. На Т1'Адоминантами являются E. polystachion (45%) и Bromopsis inermis Holub(30%). На описании 1 преобладают виды Agrostis gigantea Roth (35%) и C.acuta (25%), на описании 2 − A. gigantea (40%) и J. alpino-articulatus (15%).Для исследования кустовых оснований были выбраны кусты скважин:№ 912 Федоровского месторождения, № 11 и 132 Восточно-Сургутского ме-сторождения, № 110, 264 и 279Б Западно-Сургутского месторождения, № 24Солкинского месторождения, № 79, 141 и 142 Быстринского месторожде-ния. Кусты скважин имеют отсыпанные песком или супесью на 1,5-2 м воз-вышенные и обвалованные основания, реже - это просто расчищенные иобвалованные участки. Общее проективное покрытие растений здесь, какправилопроблема ХМАО, причем территория округа практически не изучалась с точ-ки зрения накопления биологически активных веществ растений в условияхнефтяного загрязнения. Имеются только единичные работы, поэтому иссле-дования по содержанию биологически активных веществ в надземной фито-массе растений нефтезагрязненных участков ХМАО являются актуальными.Комплексная оценка содержания биологически активных веществ у расте-ний, произрастающих в условиях нефтяного загрязнения, необходима дляранней диагностики степени неблагоприятного воздействия на экосистемы.Особенности синтеза кислот системы аскорбата растений кустовыхоснований. Наибольшим содержанием аскорбиновой кислоты и активностьюаскорбатоксидазы отличались листья растений C. angustifolium, собранные скустовых оснований № 279Б и 132 (табл. 1). В качестве контроля были ис-пользованы растения C. angustifolium, A. vulgaris, собранные на территорииБарсовой горы. В основном количественное содержание ДАК у растений ку-стов скважин было повышенным. Самым высоким содержанием ДКГК ха-рактеризовались растения кустов скважин № 279Б, 110 и 132 (табл. 2), гдеее содержание превысило контрольное значение в 16, 5,7 и 5,4 раза соответ-ственно. Замечено, что у растений, имеющих высокие значения содержанияДКГК, повышен уровень активности аскорбатоксидазы (табл. 1). Корреляци-онный анализ показал наличие высокой положительной зависимости междупоказателем содержания ДКГК и активностью аскорбатоксидазы (r = 0,9).Также выявлена положительная корреляционная зависимость среднейсилы (r = 0,6) между показателем содержания АК и активностью аскорбаток-сидазы. Высокое содержание ДКГК у растений, подверженных воздействиюнефтяного загрязнения, может объясняться высокой активностью аскорбат-оксидазы, что является причиной активного использования пулов АК и ДАКна ликвидацию последствий неблагоприятного воздействия среды.Т а б л и ц а 1Показатели активности аскорбатоксидазы в растениях C. angustifoliumи A. vulgaris нефтезагрязненных территорийМесто отбора проб Содержание аскорбатоксидазыТ а б л и ц а 2Содержание кислот системы аскорбата в растениях C. angustifolium и A. vugarisкустовых оснований нефтезагрязненных территорий, мг/100 гКислотысистемы аскорбатаМесто отборапроб C. angustifolium A. vulgarisАК, мг/100 гКонтроль 11,8 ± 0,17 11,6 ± 0,003№ 279Б 21,2 ± 0,07* 21,2 ± 0,07*№ 110 5,6 ± 0,02* 11,8 ± 0,03№ 132 16,6 ± 0,07* 7,4 ± 0,04*№ 264 10,0 ± 0,03* -№ 11 5,8 ± 0,03* 1,8 ± 0,006*№ 24 12,7 ± 0,06 -№ 141 1,3 ± 0,003* -№ 79 8,6 ± 0,02* -№ 912 - 7,8 ± 0,03*№ 142 - 1,0 ± 0,003*ДАК, мг/100 гКонтроль 12,3 ± 0,01 14,9 ± 0,01№ 279Б 19,0 ± 0,06* 59,5 ± 0,13*№ 110 40,0 ± 0,1* 32,5 ± 0,08*№ 132 9,8 ± 0,05* 20,8 ± 0,1*№ 264 13,0 ± 0,04 -№ 11 41,1 ± 0,17* 16,3 ± 0,07№ 24 30,3 ± 0,13* -№ 141 24,6 ± 0,14* -№ 79 9,8 ± 0,04* -№ 912 - 9,2 ± 0,03*№ 142 - 1,6 ± 0,004*ДКГК, мг/100 гКонтроль 15,6 ± 0,02 10,6 ± 0,02№ 279Б 209 ± 0,2* 61,3 ± 0,16*№ 110 89,2 ± 0,2* 27,8 ± 0,07*№ 132 85,0 ± 0,2* 39,5 ± 0,17*№ 264 63,8 ± 0,16* -№ 11 59,9 ± 0,17* 29 ± 0,13*№ 24 48,5 ± 0,17* -№ 141 40,8 ± 0,05* -№ 79 21,0 ± 0,04* -№ 912 - 39,6 ± 0,14*№ 142 - 15,9 ± 0,08*Растения A. vulgaris проявляли похожую, но менее выраженную реакцию:содержание АК у растений кустового основания № 279Б превышало кон-трольное в 1,8 раза, у растений кустовых оснований № 912, 132, 11 и 142 на-блюдалось снижение содержания АК ниже контрольного значения (табл. 2).Растения кустовых оснований также содержали высокие концентрацииДАК. Наибольшее количество ДКГК обнаружено у растений кустов сква-жин № 279Б, 912 и 132 (см. табл. 2).У растений A. vulgaris выявлена высокая положительная корреляционнаязависимость между показателем содержания ДАК и активностью аскорбат-оксидазы (r = 0,89); показателем содержания ДКГК и активностью аскор-батоксидазы (r = 0,82), а также корреляционная связь средней силы междупоказателем содержания АК и активностью аскорбатоксидазы (r = 0,63).Соотношение АК/ДАК является показателем физиологического состояниярастений: высокая интенсивность процессов жизнедеятельности - большевосстановленной АК, низкая интенсивность - растет содержание дегидро-формы [17]. Оценивая соотношение АК/ДАК растений C. angustifolium иA. vulgaris нефтезагрязненных территорий, можно наблюдать его уменьше-ние в 2 раза в обоих случаях, по сравнению с контролем. Следовательно,растения находились в состоянии угнетения процессов жизнедеятельности.Тем не менее растения вида A. vulgaris отличаются более усиленным син-тезом АК при высоком уровне ДКГК, чем растения вида C. angustifolium,следовательно, полынь обыкновенная более устойчива к воздействию не-фтезагрязнений.Особенности синтеза кислот системы аскорбата растений нефтеза-грязненных участков:Наибольшим содержанием аскорбиновой кислоты отличались листьярастений C. angustifolium, собранные с участка Т3 Усть-Балыкского место-рождения (табл. 3). Самым высоким содержанием ДКГК характеризовалисьрастения с участка Т2А Усть-Балыкского месторождения (табл. 3). При этомбольшинство растений имело повышенный уровень ДАК, что является ре-зультатом интенсивного использования АК при действии стрессирующегофактора. В качестве контроля были использованы растения C. angustifolium,J. alpino-articulatus, P. australis, собранные в лесном массиве Барсовой горы.Анализ содержания ДКГК показал наиболее высокое значение этого пулав растениях C. angustifolium, произраставших на площадке Т2А (табл. 3).Количественный анализ уровня ДКГК может служить показателем опре-деленной направленности физиологических процессов, так как реакция об-разования ДКГК необратима и ДКГК является конечным продуктом, не про-являющим биологической активности.Таким образом, повышение содержания ДКГК у растений на нефтеза-грязненных участках месторождений, вероятно, является результатом ис-пользования биологически активных пулов АК и ДАК на ликвидацию по-следствий неблагоприятного воздействия среды [18].Известно, что соотношениеТ а б л и ц а 3Содержание кислот системы аскорбата в растениях Усть-Балыкскогои Южно-Сургутского месторождений, мг/100 гКислотысистемыаскорбатаМесторожденияМониторинговые C. angustifolium J. alpino-articulatus P. australisплощадкиАК,мг/100 гУсть-БалыкскоеТ1А 2,8 ± 0,1 0,34 ± 0,02 1,94 ± 0,06Т2А 0,5 ± 0,02 2,16 ± 0,05 1,64 ± 0,04Т3 3,84 ± 0,07 1,35 ± 0,03 3,45 ± 0,08Южно-СургутскоеТ'1A 1,19 ± 0,08 0,52 ± 0,02 0,88 ± 0,032А - 0,97 ± 0,03 -2Б - 0,26 ± 0,02 -Описание 2 - 0,86 ± 0,04 4,52 ± 0,09Описание 1 - - 1,95 ± 0,09ДАК,мг/100 гУсть-БалыкскоеТ1А 3,71 ± 0,06 0,7 ± 0,02 2,9 ± 0,11Т2А 1,49 ± 0,09 0,63 ± 0,02 0,9 ± 0,02Т3 1,8 ± 0,07 2,31 ± 0,09 3,34 ± 0,14Южно-СургутскоеТ'1A 2,52 ± 0,1 1,1 ± 0,03 2,92 ± 0,092А - 0,72 ± 0,04 -2Б - 0,41 ± 0,03 -Описание 2 - 0,85 ± 0,03 2,88 ± 0,09Описание 1 - - 2,21 ± 0,09ДКГК,мг/100 гУсть-БалыкскоеТ1А 17,14 ± 0,4 3,45 ± 0,13 13,32 ± 0,17Т2А 17,42 ± 0,3 2,44 ± 0,07 10,37 ± 0,12Т3 17,07 ± 0,3 7,69 ± 0,23 12,63 ± 0,07Южно-СургутскоеТ'1A 14,56 ± 0,3 3,22 ± 0,1 11,4 ± 0,112А - 3,85 ± 0,1 -2Б - 5,37 ± 0,1 -Описание 2 - 2,82 ± 0,1 16,13 ± 0,09Описание 1 - - 12,87 ± 0,13Оценивая соотношение АК/ДАК растений C. angustifolium нефтезагряз-ненных территорий, можно наблюдать незначительное превышение содер-жания АК по сравнению с ДАК.Сравнивая данные 2006 и 2005 гг., можно сказать, что кипрей узколист-ный с отсыпок месторождений находится в менее угнетенном состоянии(АК 51%, ДАК 49%), чем растения того же вида с кустовых оснований(АК 33%, ДАК 67%).J. alpino-articulatus отличался высоким содержанием пулов АК в расте-ниях, произраставших на точках Т2А Усть-Балыкского месторождения, 2А иОписание 2 Южно-Сургутского месторождения, что характеризует наличиеактивного синтеза АК в ответ на высокий уровень загрязнения (см. табл. 3).Наблюдалось в основном повышенное содержание ДАК. Наиболее высокихзначений ДКГК достигало на точках Т3 Усть-Балыкского и 2Б и 2А Южно-Сургутского месторождений (см. табл. 3).Наибольшее содержание АК в листьях P. australis наблюдалось на точкахТ3, Т1А Усть-Балыкского месторождения и Описание 2 и Т1'А Южно-Сур-гутского месторождения (табл. 3).В растениях, произраставших на территории Усть-Балыкского месторож-дения, содержание ДАК в основном ниже содержания АК, в то время как врастениях, произраставших на территории Южно-Сургутского месторожде-ния, ДАК в большинстве случаев выше АК, из чего следует, что растенияЮжно-Сургутского месторождения более интенсивно расходуют АК поддавлением стрессовых факторов.Площадки Т1А и Т3 Усть-Балыкского месторождения и Описание 2 иОписание 1 Южно-Сургутского месторождения характеризовались наибо-лее высоким содержанием пулов ДКГК (см. табл. 3).Анализируя соотношение АК/ДАК ситника, тростника и кипрея узко-листного, можно сказать, что приспособительные возможности растенийеще далеко не исчерпаны, так как происходит интенсивный ресинтез аскор-биновой кислоты. При оценке соотношения всех кислот системы аскорбатавыявлено, что наибольшую приспособительную реакцию на Усть-Балыкскомместорождении показал ситник, а на Южно-Сургутском - тростник, так какименно эти виды усиленно синтезируют АК при высоком уровне ДКГК.Таким образом, исследования, проведенные на кустовых основаниях в2005 г., показали высокую согласованность работы системы АК в условияхнефтяного загрязнения среды, что подтверждается корреляционными зави-симостями между показателями АК, ДКГК и активностью аскорбатоксида-зы. Кипрей узколистный оказался видом, чувствительным к нефтяному за-грязнению, полынь обыкновенная - более устойчивым видом.Исследования растений, произрастающих на отсыпках нефтезагрязнен-ных территорий, позволили установить, что наибольшей устойчивостью кнефтяному загрязнению характеризовались ситник и тростник, в отличие откипрея узколистного.Данные биохимического анализаприспособительных реакций к нефтяному загрязнению среды, в отличие отмноголетних растений, таких как полынь обыкновенная, семена которой нераспространяются на большие расстояния [18].Выводы1. Растения, произрастающие на нефтезагрязненных территориях, имеютповышенный уровень дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой кислот, чтообъясняется высокой активностью аскорбатоксидазы в ответ на стрессовыеусловия.2. Обнаружена высокая корреляционная зависимость между показателямисодержания аскорбиновой и дикетогулоновой кислот и активностью аскорба-токсидазы у растений нефтезагрязненных территорий, что говорит об интенсив-ном использовании аскорбиновой кислоты в ответ на стрессирующий фактор.3. Из изученных растений, произрастающих на нефтезагрязненныхтерриториях, наиболее устойчивы к нефтяному загрязнению P. australis иJ. alpino-articulatus, которые отличаются усиленным синтезом АК при вы-соком уровне ДКГК.4. C. angustifolium отличается высокой чувствительностью к нефтеза-грязнению, что проявляется в значительном повышении содержания дике-тогулоновой кислоты.

Скачать электронную версию публикации