Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биоиндикация загрязнении природнойсреды с помощью биохимических ифлуоресцентных параметров древесныхрастений

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Биоиндикация загрязнении природнойсреды с помощью биохимических ифлуоресцентных параметров древесныхрастений"

РГ6 АкД^БМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

„ • ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ И БИОФИЗИКИ

1 ;.....! 'На правах рукописи

АЛИЕВ Рустам Равильевпч

Биоиндикация загрязнении природной среды с помощью биохимических и флуоресцентных параметров древесных

растений

Специальность 03.00.02—-биофизика 03.00.16—экология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ташкент—1023

Работа выполнена в Среднеазиатском научно-исследовательском гидрометеорологическом институте имени В.А.Бугаева и Институте физиологии и биофизики АН РУз.

Научный руководитель: кандидат билсгических наук

Р.И. Мусин,

Научный консультант: академик АН РУз

Б.А. ТашмухамедоЕ,

-Официальные оппоненты: доктор медицинских наук,

профессор В.Б. Данилов,

кандидат биологически:-: наук, доцент К.С. Сафаров

: Ведущая'организация: Институт экспериментальной биологии растений НПО "Биолог" АН РУз

Защита состоится " J^O^f 1993 г. в / ty часов на заседании специализированного совета Д 015.01.21 по-защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук в Институте физиологии и биофизики АН РУз по адресу: Ташкент,700095, ул. Ниягова, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института.физиологии и биофизики АН РУз.

Автореферат разослан "/&' 1993 г.

Учёный секретарь специализированного совета доктор биологических наук О.В. Красильников

Актуальность темы. Для оценки экологических последствий деятельности человека в условиях возросшей в последние годы техногенной нагрузки на природную среду необходима информация' о влиянии антропогенного загрязнения на бноту. Эту информацию можно получить лииь в результате исследования состояния живых объектов в условиях загрязненной среды их обитания. Анализ литературы по теме показывает, что одним из наиболее перспективных объектов для индикации состояния всей биоты являются древесные растения [Рачковская, 1986; Николаевский, 1989].

Исследование биохимических ' и биофизических параметров древесных растений позволяет провести раннюю диагностику их состояния еще до появления видимых признаков повреждений. Однако указанные параметры древесных растений в природных условиях как в фоновых, так и в загрязнённых районах изучены недостаточно, в том числе и в Среднеазиатском регионе.

Данные, полученные з полевых условиях, отличаются от результатов модельных экспериментов, а также зависят от природно-климатических особенностей региона. Поэтому для.проведения биоиндикационных исследований необходима информация о видах-индикаторах, о биоиндикационкых параметрах и характере их изменений в условиях загрязнённой природной среды рассматриваемого региона.

Основные результаты диссертационной работы получены в рамках проводимых в САНИГМИ имени В.Л.Бугаева научных исследований!' /'Исследовать способы оценки интегрального загрязнения атмосферного'воздуха на импактком уровне с номощьв методов би-оиндикацпл" (ГР N 01.90.0016219); "Разработать метс:;ь; биоиндикации по физиолого-биохимическ1М параметрам для оценки интегрального загрязнения атмосферного воздуха" (ГР N 01.91.0037748).

Цель работа. Целью работы является экспериментальное обоснование возможности использования комплекса биохимических и биофизических параметров древесных растений для проведения биоиндикационных исследований в условиях загрязненной природной среды.

- л -

Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:

- определить виды растений-индикаторов;

- выявить биохимические и биофизические параметры растений для. использования в качестве биоиндикационных признаков;

- определить значения и пределы колебаний выбранных параметров в течение вс-.'стации в контрольной зоне и в условиях загрязнения;

- выявить зависимость между уровнем интегрального загрязнения и изменениями блсиндикационных параметров.

Научная новизна. Предложено в качестве бпоиндикационного параметра при загрязнении природной среди использовать кинетические кривые индуцированной лазером замедленной флуоресценции хлорофилла листьев древесных растений.

Найдена эмпирическая зависимость между уровнем интегрального загрязнения атмосферного воздуха и содержанием пигментов е листьях древесных растений в природных условиях.

Показана возможность использования в качестве биоиндикационного признака относительной сухой массы листьев древесных растений.

С помоцью комплекса биохимических и биофизических методов исследования параметров, отражающих различные стороны метаболизма растений, определены виды древесных растений для использования их в условиях аридной зоны в качестве биоиндикаторов згшрязнения природной среды.

Установлено, что в условиях загрязнения атмосферного воа-духа в г.Алмалыке хроническое стрессовое состояние растений сопровождается снижением ряда функций, но не переходит в стадию истощения адаптационных резервов в течение вегетационного периода.

Практическое значение результатов. Найденная в работе эмпирическая зависимость между уровнем интегрального загрязнения атмосферы и содержанием пигментов позволяет по значению биоин-диглционного параметра растений-индикаторов оценить уровень интегрального загрязнения атмосферного воздуха.

Выработаны практические рекомендации но отбору проб листьев растений-индикаторов и применен!® биоиндикационных методов исследования. Поученные сведения о значении бисиндика-цнонних параметров ь контрольном и загрязненном районах в те-

чение Еегетацш могут быть использованы при разработке природоохранных мероприятий.

Изменения биохимических и флуоресцентных параметров в условиях загрязнения природной среды, выявленные у всех видов исследуемых растений ухе в начале вегетации, дают возможность по состоянию растений-индикаторов оценить елиянио загрязнения природной среды на сельскохозяйственные культуры в исследуемом районе.

Результаты исследований внедрены в ЦКЗПС Главгидромета РУз и хоздоговорной группе СЛНШШ (имеется 4 акта внедрения).

Апробация полученных результатов. Результаты работы доложены на: Республиканской конференции "Аналитическая химия и охрана окружающей среды" (Ташкент, 1990 г.); региональной конференции "Хроматография в анализе объектов окружающей среди" (Ташкент, 1991 г.); семинаре Института физиологии и биофизики АН РУз (Ташкент, 1592 г.); семинаре по исследованиям и прогнозам загрязнения природной среды (Ташкент, САШС)£1, 1592 г.); 'заседании Ученого Совета САЮТМ! (Ташкент, 1992 г.).

Публикация результатов исследований. Ло теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, а та!с.е материалы излсгкени в 2 заключительных отчетах.,

Структура к объем работа. Диссертация состоит из введения, трёх глаз, заключения, выводов, списка использованной литературы из 186 наименований и приложений. Она изложена на 120 страницах машинописного текста, включает в себя 14 рисунков, 2 таблицы и 13'прплс.г.ений.

.МАТЕРИАЛЫ И '.ЕТОДН ИССиЗДОЕАйЙ

Отбор проб листьев проводили в одном из наиболее загрязнённых городов' .Среднеазиатского региона - Алмалыке. Условно листая зона, наименее подверженная действия прсмыллонного загрязнения, - посёлок Дархан Тазкоктсксй области. В кхюстм 1унктов с промежуточным уровнем загрязнения использованы некоторые районы г.Ташкента. По данным Узгидромета, загрязненный и сонтрольный районы имеют сходные природно-климатические усло-¡ия и разл;гчагатся лигь уровнем загрязнения. Интегральное заг-)язнение определяется как индекс загрязнения атмссЛ^ры (ИЭ/0 :о пяти приоритетным загрязн.,;ощп'1! атмосферу.р.-дцсс-ГЕам - сер-

16.0

12.0

u

о ■ ^

л К

а £

ь к к

8.0

4.0 -

0.0

Алмалык

..--«---■о-

Алмалык

Дархан Дархан

—г~ IV

V

X

-1-1-!-Г-

VI VII VIII IX Месяц

Рис.1. Уровень интегрального атмосферного

загрязнения в условно чистом (пос.Дархан) и загрязненной (г.Алиалзлк) районах в 1091 г. (данные Узгидромета;

*-'•'■ * * ИЗА для древесных растений ИЗА для человека

нистому газу, двуокиси, азота, фтористому водороду, аммиаки озону. ИЗА рассчитывается как сумма отношений концентраций загрязняющих вещестЕ к ЭДК для человека или ПДК для древесных растений [Николаевский, 1989]. ИЗА для растений заметно превосходит ИЗА для человека (ркс.1).

Исследовано 8 наиболее распространенных в регионе видов деревьев: айлапт высочайаий, дуб череачатый,'клен ясенелист-ный, орех грецкий, платан клинолистный, тополь серебристый, шелковица белая, ясень американский. Пробы листьев отбирали ехвиасяшю в течение двух вегетационных периодов.

Все приведённые ь работе спектрально-кинетические данные получены и обсуддены совместно с научны?.! сотрудником Института физиологии и биофизики АН РУз В.С.Агишевым. Спектры и кинетические кривые флуоресценции хлорофилла снимали на установке ЛИДЛР, изготовленной сотрудниками Института физиологии и биофизики ЛН РУз совместно с OHMJI волновых процессов ИОФ АН СССР [Дукпп и др., 19393. Излучатель - лазер ЛГИ-503, длина волны возбуждающего света 433'нм, мошдость излучения 70 мВт, диаметр

ьаетового пучка 1 см. Приёмник - телескоп системы "Ньютон'' с диаметром рабочего sepicana 110 мм. Спектральную селекция сигнала индуцированной лазером флуоресценции хлорофилла осуцест-вляли с помощьи дифракционной решетки монохроматора МУМ. Иселедуемый образец располагали на расстоянии 4 м от приемного отверстия телескопа. С выходной ::;ели монохроматора излучение попадало на &эу-79 с предусилителем. Работа всего комплекса осуществлялась под контролем ПЭЕМ. Программным путем задавались режим работы лазера, развертка монохроматора по спектру/ вывод результатов.*

Кинетюг/ замедленной флуоресценции хлорофилла измеряли при длине волны 685 нм.

Содержание пигментов в листьях древесных растений определяли спектрофотсметрически в ацетоновых экстрактах [Шлык, 19773.

Аскорбиновую кислоту определяли колориметрическим титрованием водного экстракта листьев раствором 2,о-дихлорфэнолин-дофенола.

Активность пероксидааы измеряли гваяколовым методом [По-чкпюк, 1976], активность фермента супероксиддисмутазы - по методу Nishuklni et, al., ,1972, ссдерулние белка определял:) по Bradford, 1977. Относительную сухую массу вычисляли как m/S, где m - сухая масса высечек, листа, S - плсгдздь высечек.

Достоверность раеличий доеду выборками устанавливали с поморю .критерия Стыодента.

получ21ЕЬ£ результаты и их обсу:эдьние -

Параметры кинетических кривых пндуцкрованной лагерем Флуоресценции хлорофилла (ИЛ'1'X). Изучение кинетики переходов 2Ш>Х даэт Еау.ную информацию о функционировании фотосинтетического аппарата. Однако из-за сло.тлого характера кинетической кривой, особенно её медленного компонента, видовой специфики и значительной вариабельности биологических объектов до сих пор нет её строгой однозначной интерпретации.

Теоретически существует много вариантов аппроксимации генетических, кривых ИЛФХ, например, полиномом n-й степени или цругой функцией. 1!ы предлагаем эмпирически подобранный способ

Рис.2. Кинетика индуцированной лазером флуоресценции хлорофилла:

__ Кинетическая кривая

----F = A1*earp(-i/rl) + A2*(1-exp(-t/r2))

описания кинетических кривых с помощью аппроксимирующей функции вида

F(t) - Al*exp(-t/rl) + A2*(l-exp(-t/r2)),

где t - Еремя от начала освещения, с; F(t) - интенсивность ' флуоресценции в момент времени t, o.e.; AI соответствует первому максимуму флуоресценции Р; А2 - минимальный (в пределе стационарный) уровень флуоресценции; rl и г2 - некоторые параметры кинетической кривой.

Предлагаемая функция вполне удовлетворительно описывает полученные нами экспериментальные кинетические кривые ИЛФХ листьев древесных растений (рис.2). Параметры rl, г2 и FoTH-(Fmax-Fmln)/Fmln позволяют формально описать форму кинетических кривых и сравнить между собой данные, полученные от разных образцов.

Для предварительной оценки возможного влияния на ИЛФХ сернистого газа - осноайого загрязняющего вещества в атмосфере 'г.Алмалыка - исследовали изменения кинетических кривых флуо-

ресценции листьев платана и ореха, предварительно обработанных в течение суток растворами сульфита, натрия (10 M и 50 тМ, контроль - дистилированная вода). Такая обработка служит моделью действия сернистого газа [Garsed, 1981], однако в природных условиях под влиянием множества факторов результаты могут отличаться от модельных.

При концентрации сульфита 10 mM у обоих еидов деревьев заметно снижаются Foth и параметры г1, г2 вследствие подавления фотосинтетических процессов сульфитом. При высокой концентрации (50 тМ) происходят глубокие нарушения фотосинтетического аппарата, интенсивность флуоресценции значительно уменьшается у ореха и практически отсутствует у платана. Содержание хлорофилла а не изменяется при концентрации сульфита 10 тМ; при концентрации 50 тМ оно снижается на 20% у ореха и на 25% у платана.

Иной характер различий кинетических кривых ИЛФХ наблюдается между образцами листьев деревьев, взятых в г.Алмалыке, nd сравнению с контрольными. Изменения флуоресцентных 'характеристик изучали у листьев трёх видов деревьев в начале вегетационного периода в мае и у шести видов - в сентябре.

В сентябре у всех ,еидов в г.Алмалыке (за исключением устойчивого дуба) наблюдаются однотипные проявления подавления флуоресценции по сравнению с контролем - снижаются параметры Foth и г1, г2. Особенно значительны эти изменения у тополя, платана, и ясеня. Величина Foth в Алмалыке составляет 54,9/1 для платана, &2',<iZ для ясеня и 19,5% для тополя по отношению к контролю. Различия в параметрах кинетических криЕЫ.1: проявляются также у трёх исследуемых видов (клея, платан, ясень) в начале вегетационного периода несмотря на то, что фотосинтетический аппарат молодых листьев гораздо устойчивее к действию загрязнения атмосферы.

Многокомпонентное атмосферное загрязнение в г.Алмалыке влияет на активность ферментов, уровень окислительных процессов, изменяет соотношение биосинтеза и распада пигментов. Все это не может не отразиться на процессах в мембранах тила-коидов и, как следствие, проявляется в подавлении уровня флуоресценции., При зтом изменения кипоттеских кривых могут страдать как уменьшение количества резвдюнних центров (вместе со

.снижением уровня хлорофилла а .в г.Алмалыке), так и различные структурные изменения фотосинтетического аппарата.

Нами также исследованы изменения флуоресценции листьев платанов, растущих на обочине автомагистрали (контроль - деревья в парковой зоне на расстоянии 100-200 м от проезжей части). Обнаружено, уменьшение на 15Х величины Ротн, уровня хлорофилла а,' а та'>же некоторое увеличение (на 14%) параметра г2 по сравнению с контролем..

Результаты проведённых нами исследовании позволяют заключить, что параметры ПЛОХ достоверно отражают изменения в растениях при различных воздействиях и могут служить биоинди-кационкым признаком состояния фотосинтетического аппарата.

Спектры индуцированной лазером флуоресценции хлорофилла. Изучение спектров позволяет судить о состоянии пигментных комплексов антенного хлорофилла. Спектр флуоресценции характеризуется двумя основными максимумами (около 740 и 685 нм), отношение интенсивности которых варьирует в широтах пределах у различных еидов. Отношения интенсиЕностей основных максимумов, не связаны с различием концентраций хлорофилла в объекте или с изменением отношения хлорофилл а/хлорофилл Ь. Сьетособиращие комплексы (ССК) 40 II обогащены более коротковолновыми, а ССК ФС I - более длинноволновыми формами хлорофилла и, таким образом, соотношение интенсивностей флуоресценции при 740, и '685 нм косвенно отражает соотношение функциональных активностей СС I и СО II [Кочубей, 1985; Карнаухов, 19883.

Нами изучены спектры флуоресценции листьев древесных' растений при действии растворов сульфита натрия на ветки ореха и платана, проведен сравнительный анализ спектров флуоресценции листы-в платана, растущих у проезжей части дороги и в парковой зоне, а также спектров шести видов деревьев в сентябре в г.Алмалыке и контрольной зоне (пос.Дархан). Исследования проводили параллельно с измерением кинетики ИЛФХ и биохимических параметров.

При разложении спектров флуоресценции получено по 7-8 гауссовых компонент с двумя максимумами амплитуд гауссов - первый в области 631-637 нм (как правило, 685) и второй - в облает!; 715-735 нм (как правило, 725-750).в зависимости от вида дерева. В качестве исследуемого параметра использовало отношение .максимальных амплитуд гауссои А730/А535.

- и -

Значительные изменения в спектрах флуоресценции обнаружены у-платанов на обочине автомагистрали по сравнен™ с особями, растущими в парковой зоне. В результате токсического действия автомобильных выхлопных газов сильно снижается интенсивность длинноволновой части спектра флуоресценции (рис.3), отношение А730/Л685 достоверно уменьшается вдвое.

Действие "10 ггМ раствора сульфита приводит к уменьшению отношения амплитуд А730/А535. У платана оно составляет 68,6%, у ореха 66,6% по отношение к контролю. При концентрации суль-' фита 50 ги\1 уменьшение отношения амплитуд выражено намного слабее - 89,5% и 95% соответственно.

. Обнаружено также уменьшение отношения амплитуд гауссов А730/А685 у всех ендов деревьев в г.Алмалыке по сравнению с контрольной зоной. Эти изменения особенно вирзкены у тополя, платана и ясеня, и значения А730/АБ35 в г. Алмалыке составляют соответственно 56,6%, 64,2 и 72,3% по отношению к контролю. Такое подавление длинноволновой части спектра, по нашему мнению, объясняется более сильным фотсдеструктивным поражением хлорофилла в фотосистеме I, когда под действием токсических веществ блокируется передача электронов на КАЕР+. и акцептором становится кислород, в результате чего усиливается образование супероксидного радикала, повреждающего молекулы хлорофилла вблизи реакционного центра ФС I.

Более выраженные изменения в спектрах флуоресценции платана й ореха при действии 10 пМ сульфита по сравнению с 50 гаМ, еозмсжко, связаны с полным подавлением транспорта электронов при действии высокой концентрации сульфита (одновременно наблюдается резкое подавление параметров замедленной Флуоресценции), и, как следствие, уменьшаются процессы фотодеструкции.

Изменения спектров флуоресценции хлорофилла в листьях древесных растений под действием атмосферного загрязнения свидетельствуют об изменении пигментного состава светособирающих комплексов ТС I и ФС II. Таким образом, изучение спектров флуоресценции позволяет получить ценную икформацн.-о о процессах, происходящих з фотосинтетическсм аппарате под действием стрессовых факторов. Отношение интенсивности спектра при 720 и 635 нм, а'более точно - отношение амплитуд соответствующих гауссовых компонент спектра может Сыть использовано в качестве биоиндикационного признака при действии на растения атмосфер-

пт

Рис.3. Спектр флуоресценции:

хлорофилла листьсв платана б парке (а) и у дороги (б)

- Спектр флуоресценции

---Сумыи гауссовых состанлающих

- 13 -

ного загрязнения в природных условиях.

Таким образом, ■ показано, что воздействие промышленного загрязнения, еыхлопных газов автомобилей, затравка растений сульфитом приводят к различным изменениям в спектрах флуоресценции и в кинетических кривых флуоресценции хлорофилла. В перспективе это даст возможность дифференцировать виды загрязнения природной среды.

Содержание пигментов. При исследовании содержания пигментов в листьях 8 видов деревьев в г.Алмалыке и контрольной, зоне (пос.Дархан) обнаружено, что у большинства еидов в результате угнетения фотосинтетического аппарата происходит снижение содержания хлорофилла а, хлорофилла Ь и суммы каротиноидов в загрязнённой зоне по сравнению с контролем. При этом отношение хлорофилл а/хлорофилл Ь не коррелирует с уровнем 'загрязнения или со снижением хлорофилла а и, тагам образом, в данном случае не может использоваться в качестве диагностического признака состояния растения [Алиев и др.,1992].

Установлено, что различные виды деревьев по-разному реагируют на загрязнение. У дуба и шелковицы достоверные различия в содержании пигментов в г.Алмалыке и пос.Дархан появляются лишь в конце вегетационного периода - в августе и ' сентябре. Достоверные различия в содержании пигментов в листьях между контрольным и загрязнённым районами в течение гсего вегетационного периода наблюдаются у платана, ясеня, ореха, тополя и менее выражены у клёна и айланта. Так, у платана (рис.4) средние значения содержания хлорофилла а в течение всего вегетационного периода изменяются в контроле от 1.95 + 0.04 до 2.33 + 0.05 мг/г, а е загрязнённой зоне - от 1.53 +0.04 (в начале вегетации) до 1.02 +0.02 мг/г. У ясеня содержание хлорофилла а изменяете." от 2.10 + 0.02 до 3.42 + 0.11 мг/г в контрольной зоне и от 1.73 +0.05 до 2.05 +0.03 мг/г в г.Алмалыке.

Наиболее.' выраженное изменение содержания пигментов в листьях в г.Алмалыке по сравнению с контролем по всем видам деревьев наблюдается к концу вегетации из-за накопления от; и-цательного воздействия атмосферного загрязнения.

Для выявления зависимости изменений биохимических параметров растений от уровня интегрального атмосферного загрязнения нами. исследовано содержание пигментов в листьях платана, ясеня и клёна при различных уровнях загрязнения вблизи 3

2.40

и

>2.00 ■

<а 1.60

К

к

к .

"о 1.20 ■ Рч

о к

* 0.80

0.40

I I

vi и1 месяц

viii

—г-ix

Рис.4. Содержание хлорофилла а в листьях платана р-о-ь-*-». Алмалык ооооо Дархан

2.20

0.0 5.0 10.0. 15.0 20.0 25.0 Интегральное загрязнение (ИЗА)

Рис.5. Содержание хлорофилла в

листьях платана при различных уровнях загрязнения атмосферы

• - 15 -

постов УвЦКЗПС по наблюдению за загрязнением в г.Алмалыке и 4 постов'- в г.Ташкенте. Обнаружено снижение содержания хлорофилла а в листьях деревьев при увеличении уровня интегрального загрязнения атмосферы для трёх исследованных еидов в течение всего вегетационного периода с мая по сентябрь. В качестве примера на рис. 5 приведена диаграмма зависимости содержания хлорофилла а в листьях платана (август) от уровня интегрального загрязнения атмосферы. С помощью полученных нами диаграмм можно, измеряя содержание хлорофилла а, оценивать уровень интегрального загрязнения атмосферы.

Таким образом, содержание пигментов з листьях древесных растений является чувствительным признаком елияния атмосферного загрязнения. Наиболее Еыраженные изменения содержания пигментов е г.Алмалыке по сравнению с контролем (пос.Дархан) наблюдаются у платана, ясеня, тополя, ореха.

Содержание аскорбиновой кислоты. Нами исследовано содержание аскорбиновой кислоты е листьях 8 видов дерезьез е течение вегетационного периода в загрязнённом районе (г.Алмалык) и контрольной зоне (пос.Дархан). Выявлено, что уровень аскорбиновой кислоты у ясеня и тополя достоверно снижен в г.Алмалыке по сравнению с контрольной зоной в течение Есего периода наблюдений, у платана снижение содержания аскорбиновой кислоты наблюдается с иынп. У ясеня в мае содержание аскорбиновой кислоты составляет в контроле 0.042 +.0.004 мг/г, в Алмалыке 0.G31 + 0.002 мг/г, к концу вегетации в сентябре в контроле 0.044 +0.04 мг/г, в Алмалыке 0.026 +0.03 мг/г. У тополя в мае в контроле 0.053 + 0.006, а в Алмалыке 0.040 + 0.005 мг/г, в конце вегетации в контроле 0.032 + 0.004, в Алмалыке 0.012 + 0.002 мг/г. У платана в загрязнённой зоне снижение содержания аскорбиновой, кислоты наиболее выражено в августе и сентябре (к концу вегетации 0.075 + 0.008 мг/г в контроле и 0.026 +_ 0.003 мг/г в Алмалыке).

У ореха и айланта снижение содержания аскорбиновой кислоты в листьях в загрязнённой зоне проявляется лишь в сентябре, у дуба и клёна достоверных различий по данному параметру не наблюдалось в течение вегетации. Содержание аскорбиновой кислоты в листьях у шелкгвицы незначительно.

У видов, у которых наблюдается снижение уровня аскорбиновой кислоты под действием загрязнения атмосферы, её содержание

б контрольной зоне в начале вегетации заметно ниже по сравнению. с видами, у которых не выпилено снижения содержания аскорбиновой кислоты в г.Алмалыке. Так, у платана, ясеня и тополя в начале вегетации содержание аскорбиновой кислоты находится в пределах О.03-0.Об мг/г. В То ке время у клёна 1.44 мг/г, ореха 3.03 мг/г, дуба 0.09 мг/г, айланта 0.23 мг/г. Полученные данные соответствуют обнаруженной ранее [Keller et al., 1977] корреляции между газоустойчивостью вида и содержанием аскорбиновой кислоты. По-Ендимому, снижение содержания аскорбиновой кислоты е загрязненном районе у чувствительных видов происходит из-за недостаточной .модности процессов биосинтеза, которые не в состоянии компенсировать расход аскорбиновой кислоты при работе защитных механизмов растений.

Активность формантов. Ферменты пероксидаза, супероксид-дисмутаза (SOD) участвуют в защитных механизмах растений и чувствительны к изменениям условий внешней среды [Мальхотра и др., 1988]. Нами проведены наблюдения за активностью перокси-дазы в листьях платана, ясеня, клёна и дуба. У клёна в начале вегетации под действием атмосферного загрязнения в г.Алмалыке происходит активация защитных сил растения, сопровождающаяся увеличением активности перскспдазы в 2-2,5 раза по сравнении с контролем (рис.6). Однако к концу сезона в контрольной зоне активность пероксидазы несколько увеличивается, а в Алмалыке заметно падает и становится в 2-3 раза меньше,'чем в контроле. Аналогичный характер изменения пероксидазной активности наблюдается у платана и ясеня.

Такое уменьшение активности пероксидазы в листьях растений е г.Алмалыке к'концу вегетации можно объяснить истощением адаптационных механизмов, связанных с поддержанием высокого уровня ферментативной активности в условиях хронического действия загрязняющих веществ. К тому же общее снижение интенсивности метаболических процессов может быть адаптивной реакцией растений на повреждающее действие.

Иная картина наблюдается у дуба, у которого уровень активности пероксидазы в листьях в г.Алмалыке превосходит контроль в 1,3-1,5 раза в течение всего вегетационного сезона. Видимо, у устойчивого, вида истощения адаптационных резервов к концу вегетации не наступает.

Исследование активности пероксидазы при различных уровнях

100.0 :

\ 80.0 í Ч i

«а бо.о : ■

ra :

tí :

4 : Я :

5 40.0: o

е. :

v :

e 20.0 :

0.0 Я-1-1-1-1-1-1

IV V vi vil VI ¡I IX X Месяц

Рис.6. Активность пероксидазы в листьях клена

t>-Алмалык о-о~емге Дархан

интегрального загрязнения атмосферы (наблюдения проводили параллельно определению содержания пигментов у трех видов деревьев з начале вегетационного периода в июне) выявило тенденцию увеличения активности фермента•при повышении уровня загрязнения.

Характер изменения активности фермента супероксиддисмута-зы (SOD) и листьях отличается от пероксидазы. • Активность фермента в июне и августе у четырёх видов деревьез в Алмалыка превосходит контроль на 10-20%.' В сентябре эта разница у всех видов уменьшается. SOD играет важную роль в гашдтном механизме растений, но полученный уровень различий активности фермента между загрязнённой и контрольной зонами не является биологически значимым. В природных условиях размах колебаний активности SOD между особями одного вида может превосходит?, эту величину, поэтому определение активности SOD имеет вспомогательное значение при исследованиях стрессовых состояний растений.

Полученные результат л подтверждают участие ферментов пероксидазы и SOD в адаптации растений к условиям атмосферного загрязнения в г.Алмалыке. Изменение активности пероксидазы под

действием атмосферного загрязнения (воспроизведенное в течение двух сезонов) позволяет использовать этот параметр в ¡сачестве биоиндикациокного при исследовании воздействия загрязнения атмосферы на организм растений.

Содержание белка и относительная сухая масса. Действие атмосферного загрязнения изменяет биохимические процессы растений, повреждает биомембраны. В этой ситуации белковый метаболизм не может оказаться незатронутым. Однако в течение вегетационного периода обнаружено достоверное снижение содержания общего бел!са в листьях клона (на 61,7-60,4/'.) и ореха (на 23,0-30,5%) е г.Алмалыке по сравнению с контролем и не обнаружено существенных различий в содержании белка у дуба, платана, тополя, шелковицу, ясеня между Алмалыком и контрольной зоной. Возможно, это связано с известным фактом стимуляции биосинтеза белка сернистым газсм и окислами азота [Pählich, 1975], образованием защитных белков или с уменьшением оттока ассимилянтов из листьев растений в загрязнённой зоне.•

При измерении относительной сухой массы (отношение сухой массы к площади поверхности листа) з листьях 8 видев деревьев в г. Алмалыке и контрольной зоне е течение вегетации 'на!.т обнаружено увеличение этого параметра у деревьев в загрязнённой зоне. При этом более выражена разница в величине относительной сухой массы между загрязненным и контрольны).! районами у тех видов (рис.7), у которых сильнее изменяются содержание пигментов, флуоресцентные параметры. Можно предположить, что этот эффект связан с уменьшением оттека ассимилянтов из листьев в условиях стресса'[Полевей, 1939; ЛебедеЕ, 19331 либо со стремлением растений 'увеличить толщину клеточных стенок как приспособление к условиям загрязненной атмосферы.

Таким образом, е представленной работе показано, что использование методов определения содержания пигментов, аскорбиновой кислоты, спектралько-ганетические исследования флуоресценции хлорофилла, измерение относительной сухой массы, определение активности пероксидазы у чувствительных . видов деревьев (платан, ясень, тополь, орех) позволяют проводить бп-оиндикационные исследования влияния антропогенного атмосферного загрязнения на растительные объекты в условиях аридной зоны Узбекистана.

см

38.00 э О I

^7.00 -3

-6.00 | сЗ |

О5.00

я ! 4.00 *

к я

£3.00 о .2.00

к

л /

к.

д' 1 .00 "Г-1-г-1-1-Г-

IV. V VI VII VIII IX X IV V VI VII VIII IX X

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00

7.00 6.00 5.00 : 4.00 ■ 3.00 2.00

IV V VI VII VIII IX X Месяц

Рис.7. Относительная сухая масса в листьях платана (а), клена (б), дуба (в)

Алмалык Дархан

ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлена возможность применения методов измерения иНдуцироЕанкой лазером замедленной флуоресценции хлорофилла, спектров флуоресценции, определения содержания пигментов, аскорбиновой кислоты, активности пероксидазы, относительной сухой массы в листьях древесных растений для биоиндикации загрязнения атмосферного воздуха.

2. Выявлены чувствительные к действию атмосферного -загрязнения виды деревьев (платан, ясень, тополь, орех), которые предложены для использования в качестве биоиндикаторов в условиях аридной зоны.

3.-Показано, что с помощью предложенных биоиндикационных параметров (содержанию пигментоз, параметрам флуоресценции хлорофилла, активности ферментов) можно определить отклонения в состоянии исследуемых растений в загрязнённом районе уже в начале вегетации'до появления в них видимых признаков повреждения.

4. Полученна эмпирическая зависимость между уровнем интегрального загрязнения атмосферы и содержанием хлорофилла в листьях индикаторных растений, позволяющая по изменению биоиндикационного- параметра оценить уровень загрязнения природной среды.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1-. Алиев P.P.' Изменение ферментативной активности в листьях древесных растений в зоне экологического воздействия промышленных предприятий г.Алмалыка //Хроматография в анализе объектов окружающей среды: Тез. докл. per. коней.- Ташкент, 1991. С.29-30.

2. Алиев P.P., Мусин Р.И., Нишанходжаева J1.P. Влияние атмосферных загрязнений на биохимические параметры древесных растений в различных районах г.Ташкента //Хроматография в анализе объектов окружающей среди: Тез. дога. per. конф.-Ташкент, 1901. 0.31.

3. Мусин Р.И., Алиев P.P. Содержание пигментов в листьях

•-2I -

растений как индикатор загрязнения воздуха //Аналитичекая химия и охрана окружающей среди: Тез. дасл. конф. "Аналити-ка-90".-Таккент, 1990. С.21-22.

4. Алиев P.P. Активность ферментов в листьях древесных растений как бисиндикационный признак атмосферного загрязнения //Редколлегия Узб.биол.ж. Дол.ВИНИТИ 09.03.Q2.-N761-E92.-11 с.

5. Алиев P.P., Мусин Р.И., Ниланходглева Л.Р. Выбор видов древесных растений для биоиндикации атмосферного загрязнения //Редколлегия Узб.биол.ж. Доп.ВИНИТИ 09.O3.92.-tJ7SO-B92.-15 с.

6. Мусин Р.И., Алиев P.P., Ефремова Л.В. Разработать программу научных исследований по изучению влияния загрязнения на объекты природной среды Среднеазиатского региона. Отчет о НИР (заключительный).-Ташкент, 1939. 118 с. ГР N 01.89.0019467. Инв. М 02.90.0026375.

7. Мусин Р.И., Алиев P.P., Кораблева Л.А. Исследовать способы оценки интегрального загрязнения атмосферного воздуха на импактном уровне с помощью методов биоиндикации ■ //Гидрометеорология. Сер.87. Мониторинг состояния окружающей природной среды. Указатель неопубликованных и ведомственных материалов.-Обнинск: ЕНИПГМИ, 1991. Еып.12 (16S). С.2.

ANNOTATION

AIlev R.R. in his dissertation work "Bielndication of Environmental 'Pollution by Means of Biochemically and Fluorescence Responses of Trees" carried out very urgent investigations of antropogenic impact on nature ecosystems, as well as developed some methods arid techniques cf bioindicatlcn in natural Central Asian conditions.

It have»been shown that shewed fluorescence technique, estimation of chlorophyll, ascorbic acid, peroxidase- activity, changes in dry weight of leaves and fluorescence spectra can be used for bi(Vindication of environmental pollution on very early stages of impact, before visible changes of_( leaves appearance. These biochemical and biophysical parameters can be used for bioindication purposes from the beginning or" vegetation period.

Very sensitive to environmental pollution species of

trees have been found, such as Platanus acerifolia Wild, Fraxinus americana L., Populus alba L., Juglans regia L.. These species were afford to use as wildlife bioindicators of environmental pollution .

The found dependence between level of environmental pollution and quantity of chlorophyll in plants allows to estimate Integrated level of environmental pollution in nature conditions.

P.P. Алиевнинг "Ёгоч усимликларнинг биокимевий ва флуо-ресцент курсаткичлари ёрдамида табиий siyjjKT ифлосланишииинг биоиндикацияси" мавзуидаги диссертация иши табиат экосистема-ларига антропоген таъсирларини таджик, зтишпииг долзарб муа-ыосига, шуниндек, Урта Осиё минтакасишшг табий шароитларида усимликларни тадкик этиишинг биокю.шёвий ва биофизик усуллари ёрда1,шда биошщикация усулларини ишлаб чи^иш муамосига багиш-ланган.

Экспериментлар билан утказилган тадци^отлар -натимасида хлорофилл, флуоресценция спектрларини индуцирлашган лазер билан аста-секин флуоресценциялаш усулларини ^улланиш, вегетация бошларидано.ч усимликлар зарарланшининг куринарли белгилари пайдо булгунча атмосфера >;авоси ифлосланишини . биоиндикациялаш учун ёгоч усимликларнинг баргларида пигментлар, аскорбин кислота, пероксидаз фаоллиги, нисбатан [^уруь; масса мш>дорини анш^паш иложи-'белгиланди. Дарахтларнинг атмосферада ифлосланиш таъсирига бериладиг'ан турлари (чинор, шумтол, терак, ёнгок) аник^ланиб, улардан арид аопаси шароитида индикаторлар сифатида фойдаланиш учун тавсия к,илинди.

Атмос^еранннг интеграл ифлосланиши билан индикатор усим-ликларнинг баргларида хлорофилл микдори даражаси уртасида олинган эмпирик боглшушк биокимёвий курсаткичнинг узгариши буйинча табиий му:;итнинг ифлосланиа даражасшш ба>;олаида ку-маклашади.

АННОТАЦИЯ