Исследование содержания аскорбиновой кислоты и активности медьсодержащих ферментов в листьях рябины обыкновенной в условиях Камского региона

Бурный рост автотранспорта ведет к значительному загрязнению природной средьг к изменению естественных процессов в биосфере, регулирующих перераспределение и консервацию различных веществ, в том числе вредных [Николаевский, 1979, 1999]. Повышенная устойчивость растений к городским условиям определяется способностью к изменению физиологических процессов, проявлением приспособлений, развившихся ранее для защиты от других экстремальных факторов природной среды [Фролов,

1998; Бухарина, Кузьмин, Шарифуллина, 2014; Bukharina et al., 2014,2015].

Понижение содержания аскорбиновой кислоты в организме животных и растений приводит к возникновению у них стресса, понижению реактивности, а при достаточных ее дозах резко повышается устойчивость организма, его адаптационные способности к неблагоприятным воздействиям внешней среды, а также улучшаются процессы регенерации.

Одним из важных ферментов, участвующим в дыхании растений, является медьсодержащая по-лифенолоксидаза, которая, в свою очередь, показывает уровень гипоксии. Данный фермент актив-

(С Кузьмин П. А.ч Носырева Е. В., 2017

но участвует в адаптивных реакциях растений на уровень загрязнения окружающей среды. Аскор-бинатоксидаза катализирует реакцию окисления аскорбиновой кислоты (витамин С) в дегидроа-скорбиновую [Кретович, 1980].

Способность аскорбиновой кислоты легко окисляться и восстанавливаться определяет ее физиологическую функцию. Известны факты. когда уровень аскорбиновой кислоты повышался при действии неблагоприятных факторов, что может быть опосредовано накоплением активных форм кислорода. Это. вероятно, связано с защитной функцией аскорбиновой кислоты, которая, выступая в роли восстановителя, повышает устойчивость растений. Следовательно, увеличение содержания аскорбиновой кислоты при действии факторов самой разнообразной природы (химических, биотехнологических. физических) можно рассматривать как не-сиеиифическую реакцию, включенную в механизм защиты растений в неблагоприятных условиях [Кретович, 1980].

Функциональная роль аскорбиновой кислоты в метаболических процессах в основном была раскрыта в работе Рутге и Блюменфельд в 1965 г, которые показали, что окисление аскорбиновой кислоты происходит с образованием промежуточных продуктов ион-рад икал об семихионного типа. Ими же было высказано предположение, что способность аскорбиновой кислоты отдавать электроны соответствующим акцепторам и образовывать ион-радикалы лежит в основе участия аскорбиновой кислоты в окислительно-восстановительных процессах. причем аскорбиновая кислота может участвовать В транспорте электронов И окислении ПИ РИДИНОВЫХ коферментов растений [Рутге. Блюменфельд. 1965].

Полифенолоксидаза и аскорбинатоксидаза относятся к медьсодержащим протеидам. Антропогенное загрязнение окружающей среды приводит к увеличению содержания полифено л оксидазы и ас-корбинатоксидазы. Более высокая активность по-лифенолоксидазы и аскорбинатоксидазы способствуют обезвреживанию антропогенных загрязнителей. В связи с этим мы поставили цель изучить содержание аскорбиновой КИСЛОТЫ И активность медьсодержащих (]>ерментов в листьях рябины обыкновенной (Sorb из аисирапа L.) в условиях Камского региона РТ [Кузьмина. Носырева. Хози-яхматова, 2015].

Материалы и методы исследований

Исследование проводили в течение вегетационного периода в 2015 г, в Камском регионе, в г. Елабуга, Набережные Челны (Республика Татарстан) и Нижнекамск (Республика Башкортостан). Объектом исследования являлась рябина обыкновенная (Sorb us aucuparia L), которая широко представлена в насаждениях разных экологических категорий.

Набережные Челны - крупный промышленный центр с населением 530 тыс. человек. Ключевым предприятием города является Камский автомобильный завод. Характеристика степени загрязнения атмосферного воздуха в местах произрастания древесных растений проведена нами на основе материалов «Доклада об экологическом состоянии Республики Татарстан» [О состоянии .... 2015]. Комплексный индекс загрязнения атмосферы (ИЗ А= 15.3) характеризует состояние загрязнения атмосферного воздуха в городе как очень высокое. Установлено превышение уровня предельно допустимой концентрации по бенз(а)пирену, формальдегиду, фенолам, оксидам углерода и азоту. В санитарно-защитной зоне промышленных предприятий среднегодовое превышение ПДК отмечено по следующим веществам; оксид углерода - в 2 раза; оксиды азота - в 3 раза: диоксид серы - в 1.2 раза; формальдегид - в 5 раз; фенол - в 1.7 раза; бенз(а)пирен - в 1.9 раза. В зоне магистральных посадок среднегодовое превышение ПДК отмечено по следующим веществам; оксид углерода - в 3.4 раза; формальдегид - в 3.8 раз; фенол - в 1.4 раза; бенз(а)пирен - в 1.5 раза.

В г. Нижнекамске среднее за год содержание вредных веществ в атмосферном воздухе не превышало установленных норм. Зарегистрировано 136 случаев превышения ПДК мр; из них по фенолу -92 превышения, по формальдегиду - 11. по аммиаку - 11. по диоксиду азота - 11 и по сероводороду - 4 превышения. Основными веществами, загрязняющими атмосферный воздух, являются оксиды азота, оксид углерода, твердые вещества. Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха г. Елабуги внесли предприятия следующих отраслей (в %): энергетической - 36.6; строительной - 14.7; топливной - 8.7; пищевой - 12.6 [О состоянии ... 2015].

Пробные площади (ПП) размером не менее 0.25 га закладывали регулярным способом (по 5 ПП в каждом насаждении).

В пределах пробных площадей для изучения физиолого-биохимических показателей рябины обыкновенной были проведены отбор, нумерация и оценка жизненного состояния не менее 10 особей. Учетные особи имели хорошее жизненное и средневозрастное генеративное онтогенетическое состояния (g2) В период активной вегетации, т е. июне, июле и августе у учетных особей проводили отбор проб листьев срединной формации на годичном вегетативном побеге (с нижней трети участка кроны южной экспозиции) [Коровкин, 2007].

Для нашего исследования мы выбрали следующие зоны: магистральные посадки (различные проспекты и улицы), зону условного контроля

(парки) и санитарно-защитную зону (на территориях различных предприятий). В лабораторных условиях определяли активность аскорбинатокси-дазы по методу, предложенному Д+К. Асамовым, СТ. Рахимовой [Ермаков и др., 1987], 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 полифенолоксидазы определяли спектрофотометрическим методом, который основан на измерении оптической плотности продуктов реакции, образующихся при окислении пирокатехина за определенный промежуток времени. Количественное содержание аскорбиновой кислоты определяли по ГОСТу 24556-89. Для каждой особи анализы проводили трехкратно. При проведении дисперсион ного анализа результаты исследования усреднялись по насаждениям сходных экологических категорий. Обработку материалов провели с применением статистического пакета «Statistics 5.5». Для анализа полученных данных использовали методы описательной статистики и дисперсионный многофакторный анализ, с последующей оценкой различий методом множественного сравнения (LSD-test).

Результаты и их обсуждение

Дисперсионный многофакторный анализ результатов исследований в 2015 г. выявил достоверность влияния комплекса условий места произрастания (уровень значимости Р<10":)г на активности полифенолоксидазы. аскорбинатоксидазы и содержания аскорбиновой кислоты в листьях рябины обыкновенной (таблица).

Содержание аскорбиновой кислоты и активность медьсодержащих ферментов в листьях рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia L) в различных функциональных зонах Камского региона

Город	Тип насаждения	Показатель
		Аскорбиновая кислота, мг/%	Активность аскорбинатоксидазы. сд. акт.	Активность полифс-нолоксидазы. сд. акт.
Елабуга	ЗУК	194.3	4.30	4 32
	СЗЗ	149.6	6.56	17.39
	МП	121.5	8.35	13.45
Набережные Челны	ЗУК	199.3	4.82	3.75
	СЗЗ	129.1	7.38	11.43
	МП	117.3	9.11	16.39
Нижнекамск	ЗУК	209.6	5.37	2.67
	СЗЗ	128.5	7.92	16.44
	МП	134.3	6.52	15.87
HCPW		8.6	0.04	0.08

Примечание. ЗУК - зона условного контроля, СЗЗ - санитарией защитная эона предприятия, МП - магистральная по садка.

Содержание аскорбиновой кислоты в листьях рябины обыкновенной, произрастающей в условиях антропогенного стресса в зонах промышленных предприятий и магистральных насаждений было ниже в Елабуге на 44.7-72.8 мг/%. в Набережных Челнах на 70.2-82 мг/% и в Нижнекамске на 75.3-81.1 мг/%, по сравнению с этим показателем в зоне условного контроля, при НСРо5=8.6 мг/%. Уменьшение содержания аскорбиновой кислоты в листьях рябины обыкновенной во всех городах Камского региона в техногенной среде свидетельствует о снижении активности окислительно-восстановительных процессов в растительном организме.

В течение всего периода вегетации у особей рябины обыкновенной, произрастающих в условиях антропогенной нагрузки, отмечается повышение активности медьсодержащих ферментов.

Так, в санитарно-защитных зонах и примагист-ральных насаждениях у особей активность аскорбинатоксидазы выше в Елабуге на 2.26-4.05 ед акт., в Набережных Челнах на 2.56-4.29 ед. акт., в Нижнекамске на ].15-2.55ед акт., в сравнении с аналогичным показателем в контрольном варианте, при НСРо>=0.04 ед. акт.

Активность полифенолоксидазы у особей в техногенной среде значительно выше в Елабуге на 9.13-13.07 ед. акт., в Набережных Челнах на 7.68-12.64 ед. акт., в Нижнекамске на 13.2-13.77 ед. акт., чем в зоне условного контроля, при НСРо5=О.О8 ед. акт.

Повышение активности полифенолоксидазы. по-видимому, является своеобразной реакцией клеток на возрастание потребности в дыхании, вызванной высоким содержанием пылевых частиц и других поллютантов, препятствующих нормальному газообмену7 листьев растений.

ОН. Макурина и С А» Розина [2012] проводили исследование активности аскорбинатоксидазы и полифенолоксидазы в тканях растения роголистника погруженного ^CeratophyUum demersum L). Было выявлено прямое воздействие поллютанта и косвенное воздействие ксенобиотиков на молекулы ферментов. Таким образом* потребность в дыхании и борьба с активной формой кислорода стимулируют повышение активности аскорбинатоксидазы и полифенолоксидазы.

Аналогичные исследования придорожных растений в качестве биоиндикаторов загрязнения воздуха в городах были проведены Б Индии А.П. Дипа лакшми* X. Рамакришнанах* Ю.Л. Рамачандра и Р*Н* Радхика. Ими было отмечено снижение содержания аскорбиновой кислоты у всех изученных видов придорожных растений* что говорит о снижении у НИХ активности окислительно-восстановительных процессов [Deepalakshmi el al. к 2013]*

Заключение

Таким образом, аскорбиновая кислота и медьсодержащие ферменты. на наш взгляд, являются активными участниками адаптационных процессов у рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia L.) в условиях техногенного стресса.