Биохимический состав листьев клена остролистного (Acer platanoides L.) в урбаносреде

В последнее время в научных изданиях появилось довольно большое число публикаций, посвященных изучению роли антиоксидантов в растениях, произрастающих в условиях антропогенного стресса. Тем не менее, эта проблема и вопрос остаются недостаточно изученными. Таковыми являются особенности взаимодействия ферментов и вторичных метаболитов, принимающих участие в формировании адап- тивных реакций растительного организма [Чупахина и др., 2012; Maiti et al., 2016].

В исследованиях отечественных и зарубежных авторов обращается внимание на совместное функционирование неферментативной и ферментативной систем. Их отдельными элементами являются такие вещества, как танины и полифенолок-сидаза, аскорбиновая кислота и аскорбинатоксида-зы [Gill, Tuteja, 2010; Бухарина, Кузьмина, Кузьмин, 2018]. Полифенолоксидаза и пероксидаза в сочетании с фенольными субстратами участвуют в

процессе дыхания на промежуточных этапах переноса водорода. В работах имеются данные, указывающие на возрастание активности полифенолок-сидазы в поврежденных тканях. Фермент аскорби-натоксидаза участвует в нейтрализации активных форм кислорода, тем самым защищая растительный организм и препятствуя возникновению окислительного стресса [Hattas, Julkunen-Tiitto, 2012; Kerio et al., 2013].

Так, в работе по изучению антиоксидантных свойств листопадного кустарника Cassia alata L., учеными выявлены особенности работы ферментативной системы, фотосинтетического аппарата в различных условиях абиотической среды. При возникновении абиотического стресса происходит повышение активности каталазы, аскорбатпероксидазы и глутатионредуктазы [Ahmed, Anis, 2014]. В других исследованиях отмечается роль антиоксидантных ферментов, пролина, абсцизовой кислоты, фенолов и аскорбиновой кислоты в растениях тополей, чая. Выявлена специфическая реакция данных особей в условиях стресса, которая проявляется в повышении активности антиоксидантных ферментов и снижении уровня пролина и абсцизовой кислоты [Garcia et al., 2016; Kloseiko, 2016].

Цель работы – выявить особенности биохимического состава листьев клена остролистного ( Acer platanoides L.) в насаждениях урбанизированной среды.

Материал и методы исследования

Объектом исследования являлся клён остролистный ( Acer platanoides L.), произрастающий в насаждениях санитарно-защитных зон (ССЗ) заводов (литейный и кузнечный) автогиганта ПАО «Камаз», магистральных посадках (МП, проспект Мира, Казанский проспект). Зоной условного контроля (ЗУК) выбраны насаждения Челнинского лесничества.

Нами закладывались три пробные площади в исследуемых районах. Закладка пробных площадей происходила регулярным способом, при этом конфигурация была различной, исходя из рельефа местности. Размер пробной площади – не менее 0.25 га. Далее проводили отбор и нумерацию учетных растений (по 10 растений, из числа которых для биохимических исследований выбрали растения хорошего среднегенеративного онтогенетического состояния) [Родин, Релизов, Базилевич, 1968; Гришина, Самойлова, 1971].

Оценка степени загрязнения атмосферного воздуха в местах произрастания древесных растений проведена нами на основе материалов «Доклада об экологическом состоянии Республики Татарстан». Комплексный индекс загрязнения атмосферы 2013–2018 гг. (ИЗА=12.6) характеризует состояние загрязнения атмосферного воздуха в городе как очень высокое [О состоянии …, 2017].

В период активной вегетации (в июне, июле и августе) у учетных особей проводили отбор проб листьев срединной формации на годичном вегетативном побеге (в нижней трети участка кроны южной экспозиции). В магистральных насаждениях часть кроны южной экспозиции была обращена непосредственно к проезжей части проспекта. Отбор листьев проводили в один день во всех типах насаждений.

В лабораторных условиях содержание конденсированных танинов в листьях древесных растений определяли перманганатометрическим методом (метод Левенталя в модификации Кирсанова).

Количественное содержание аскорбиновой кислоты определяли в соответствии с ГОСТом 2455689 [Чупахина, 2000].

Активность аскорбинатоксидазы определяли по методу, предложенному Д.К. Асамовым и С.Т. Рахимовой, который основан на свойстве аскорбиновой кислоты поглощать свет с максимумом при длине волны 265 нм. Об активности фермента судили по уменьшению величины оптической плотности, учитывая, что степень окисления аскорбиновой кислоты пропорциональна количеству фермента. Активность пероксидазы определяли, используя колорометрический метод (по А.М. Бояркину), основанный на определении скорости реакции окисления бензидина.

Активность полифенолоксидазы определяли спектрофотометрическим методом, основанным на измерении оптической плотности продуктов реакции, которые образуются при окислении пирокатехина за определенный промежуток времени [Ермаков и др., 1987].

Для каждого учетного растения анализы проводили в трех повторностях. Определяли содержание аскорбиновой кислоты и танинов в листьях за 2015–2018 гг., активность полифенолоксидазы, ас-корбинатоксидазы и пероксидазы в течение 2014 и 2015 гг.

Обработку материалов провели с применением статистического пакета «Statistica 10.0». Для анализа полученных данных использовали методы описательной статистики.

Результаты и их обсуждение

В пределах исследуемых насаждений антропогенной среды выявлены превышения уровня предельно допустимой концентрации по бенз(а)пирену, формальдегиду, фенолам, оксидам углерода и азоту. В насаждениях ССЗ промышленных предприятий среднегодовое превышение ПДК отмечено по следующим веществам: оксид углерода; оксиды азота; диоксид серы; формальдегид; фенол; бенз(а)пирен. В зоне МП среднегодовое превышение ПДК отмечено по следующим веще- ствам:  оксид углерода; формальдегид; фенол; листного и его реакцию на техногенный стресс мы бенз(а)пирен.                                    оценивали по содержанию низкомолекулярных и вы-

Эколого-физиологическое состояние клена остро- сокомолекулярных веществ в листьях (табл. 1).

Таблица 1

Содержание аскорбиновой кислоты и активность аскорбинатоксидазы в листьях клена остролистного в различных типах насаждений

Тип насаждения	Активность аскорбинатоксидазы, ед.акт.			Аскорбиновая кислота, мг/%
	июнь	июль	август	июнь	июль	август
ЗУК	2.44±0.27	4.15±0.06	3.82±0.34	195.3±8.7	164.1±5.8	146.4±2.1
	1.83…3.04	4.01…4.29	3.09…4.56	157.7…232.5	139.2…189.1	137.4…155.5
СЗЗ	2.58±0.31	4.13±0.20	3.90±0.27	311.1±16.4	207.4±19.5	184.9±5.7
	1.90…3.28	3.68…4.58	3.31…4.49	240.4…381.9	123.3…291.4	160.4…209.5
МП	3.18±0.26	4.55±0.24	3.96±0.24	357.2±19.1	186.1±9.7	146.8±13.2
	2.61…3.76	4.01…5.09	3.43…4.50	275.2…439.1	144.4…227.7	90.1…203.5

Примечание: ЗУК – насаждения зоны условного контроля; СЗЗ – насаждения санитарно-защитной зоны; МП – магистральные посадки.

У клена в течение всего периода вегетации различия в активности аскорбинатоксидазы в листьях недостоверны.

Содержание аскорбиновой кислоты в листьях у особей клена в условиях техногенного стресса в июне было больше, чем в ЗУК. В насаждениях СЗЗ промышленных предприятий в августе была отмечена такая же картина.

Для всего периода активной вегетации было характерно увеличение активности аскорбинаток-сидазы в листьях у особей, находящихся в различных насаждениях.

Достоверное уменьшение содержания аскорбиновой кислоты в листьях было отмечено во всех исследуемых насаждениях.

Таким образом можно заключить, что для клена остролистного характерно возрастание активно- сти аскорбинатоксидазы в июле и снижение в августе во всех типах насаждений.

Для особей, произрастающих в насаждениях СЗЗ промышленных предприятий и в МП, характерно уменьшение аскорбиновой кислоты на протяжении всего периода активной вегетации.

Кроме того, мы изучили особенности содержания конденсированных танинов в листьях клена остролистного в связи с условиями места произрастания.

В МП в листьях у растений клена остролистного в течение всего периода вегетации мы отмечали достоверно меньшее содержание конденсированных танинов, чем у особей в контроле: в июне – на 0.28; в июле – на 1.24; в августе – на 0.78 мг г-1 сух. вещества (табл. 2).

Таблица 2

Содержание конденсированных танинов и активность полифенолоксидазы в листьях клена остролистного в различных типах насаждений

Тип насаждения	Активность полифенолоксидазы, ед.акт.			Конденсированные танины, мг/г сух. вещ-ва
	июнь	июль	август	июнь	июль	август
ЗУК	1.41±0.06	3.59±0.20	2.48±0.08	4.46±0.04	6.59±0.11	8.10±0.09
	1.28…1.53	3.15…4.03	2.30…2.66	4.30…4.62	6.11…7.07	7.70…8.50
СЗЗ	1.50±0.05	3.96±0.26	4.24±0.16	4.86±0.04	5.84±0.08	7.16±0.09
	1.39…1.61	3.39…4.53	3.88…4.61	4.66…5.06	5.51…6.17	6.79…7.53
МП	1.85±0.16	4.49±0.27	4.84±0.27	4.18±0.01	5.35±0.03	7.34±0.08
	1.50…2.20	3.89…5.09	4.69…4.99	4.12…4.24	5.20…5.50	6.98…7.69

У особей насаждений ССЗ промышленных предприятий содержание исследуемого вещества было выше на 0.40 мг г-1 сух. вещества (июнь), а затем ниже на 0.75 и 0.94 мг г-1 сух. вещества (соответственно, в июле и августе).

Полученная картина указывает на активное использование конденсированных танинов и его причастность к процессам адаптации растений к условиям антропогенного загрязнения.

К августу мы отмечали достоверный рост содержания танинов в листьях клена остролистного во всех районах исследования.

В итоге количественное содержание конденсированных танинов в листьях клена остролистного возрастало за весь период наблюдений во всех районах исследования.

Полифенолоксидаза – фермент, участвующий в синтезе танинов.

Показатель активности полифенолоксидазы в листьях мы сравнили у растений, произрастающих в разных типах насаждений (табл. 2).

У клена остролистного в августе в насаждениях СЗЗ промышленных предприятий и МП активность этого фермента была достоверно выше, чем в контроле. Наиболее значительными различия были в августе в условиях наиболее интенсивной техногенной нагрузки МП и достигали 2.99 ед. активности.

Также мы проанализировали динамику активности полифенолоксидазы в листьях клена остролистного в каждом из типов насаждений.

В ЗУК мы наблюдали достоверное повышение активности фермента в июле, а затем существенное снижение в августе, причем показатели актив- ности фермента, несмотря на достоверное снижение, если сравнивать с таковым в июле, были достоверно выше, чем в июне.

В насаждениях ССЗ и в МП активность фермента возрастала в июле и повышалась далее в августе.

Таким образом, исследование активности по-лифенолоксидазы в листьях клена остролистного позволило установить, что в августе наблюдаются наиболее высокие значения данного показателя как в насаждениях ССЗ, так в МП по сравнению с ЗУК.

Также мы изучили активность пероксидазы в листьях клена остролистного в различных типах насаждений (табл. 3).

Таблица 3

Активность пероксидазы в листьях клена остролистного в различных типах насаждений

Тип насаждения	Активность пероксидазы, ед.акт.
	июнь	июль	август
ЗУК	1.34±0.04 1.17…1.51	1.70±0.07 1.38…2.02	1.51±0.08 1.18…1.83
ССЗ	1.83±0.08 1.48…2.17	2.41±0.17 1.66…3.16	2.30±0.07 2.01…2.61
МП	2.04±0.09 1.65…2.44	3.28±0.16 2.57…3.98	4.18±0.29 2.94…5.43

У клена остролистного в МП в июне, июле и августе активность пероксидазы была достоверно выше, чем у контрольных особей в ЗУК. В насаждениях СЗЗ промышленных предприятий только в августе активность фермента была выше на 0.79 ед. активности, чем в ЗУК.

Мы также проанализировали динамику активности пероксидазы в листьях клена остролистного в каждом из типов насаждений.

Достоверное повышение активности фермента мы наблюдали только в МП в течение всего периода вегетации.

Заключение

Для клена остролистного в течение всего периода активной вегетации было характерно увеличение активности аскорбинатоксидазы в листьях в насаждениях различных экологических категорий.

Минимальные значения содержания аскорбиновой кислоты отмечены в августе у особей в насаждениях с интенсивной техногенной нагрузкой. Таким образом, повышение степени техногенной нагрузки приводит к возрастанию содержания аскорбиновой кислоты в листьях клена остролистного на начальных этапах вегетации (июнь) и последующем ее снижении в конце вегетации (август).

Что касается активности полифенолоксидазы и содержания танинов в листьях, то в насаждениях ССЗ промышленных предприятий и МП клен ост- ролистный отличался возрастанием активности полифенолоксидазы по сравнению с ЗУК. Рост активности полифенолоксидазы при этом сопровождается снижением содержания танинов, что, безусловно, указывает на активное участие танинов в адаптивных реакциях растений, связанных с механизмами нейтрализации действия загрязняющих веществ.

В насаждениях СЗЗ промышленных предприятий в августе и в МП в июне, июле и августе активность пероксидазы в листьях превышает аналогичные показатели у контрольных особей. У клена остролистного в условиях интенсивной нагрузки активность пероксидазы в листьях выше, чем в насаждениях ЗУК.