Изменение пигментного состава высших и хвойных растений на Самотлорском месторождении

В условиях техногенного загрязнения нефтегазодобычи и переработки полезных ископаемых наблюдаются последствия негативного влияния на растения на морфологическом, так и на физиологическом уровне. Фотосинтетическая система реагирует на изменения в окружающей среде, характеризуется адаптивным потенциалом и может рассматриваться как индикатор [1]. Саматлорское нефтегазоконденсатное месторождение открыто в 1965 г. и введено в промышленную эксплуатацию в 1969 г. Оно отличается высокой техногенной нагрузкой на окружающую среду в виде нефтяных и солевых загрязнений, а также поступления тяжелых металлов. Месторождение расположено на озерно-ингрес-сионной террасе реки Оби. Территория почти сплошь заболочена, доминируют болотные верховые почвы на мощных и средних торфах [3]. Тип растительности – смешанный лес с преобладанием хвойных пород деревьев с примесью березы и осины. Самым богатым по количеству видов и одновременно по обилию среди цветковых болотных растений выступает род Carex , а среди мхов – род Sphagnum. Для выявления особенностей адаптивных реакций фотосинтетического аппарата хвойных и высших растений необходимо следует определить пигментов в процессе роста и развития растений.

Цель исследования: определение содержания пигментов фотосинтеза у доминирующих растений в различных условиях антропогенной нагрузки.

Объекты и методы исследований. Изучение пигментного состава проводили в период активной вегетации растений на участках, подвергнутых загрязнению буровыми растворами. Объектами

исследования были доминирующие растения: сосна обыкновенная ( Pinus sylvestris L.), осока острая ( Carex acuta L.), осока пузырчатая ( Carex vesicaria L.), щавель курчавый ( Rumex crispus L.), крестовник болотный ( Senecio paludosus (L. ) Hook), кипрей узколистный (Chamerion angustifolium (L.) Scop), астра сибирская (Aster sibiricus L.). Количество хлорофиллов (Хл) а, b и сумму каротиноидов определяли спектрофотометрическим методом. Для определения оптической плотности вытяжки пигментов использовали спектрофотометр Specord 30 Analytik Jena . Оценку давали при длинах волн, соответствующих максимумам поглощения хлорофилла a (663 нМ), хлорофилла b (645 нМ), каротиноидов (470 нМ). Концентрации пигментов хлоропастов вычисляли с применением уравнений Ветштейна и Хольма для 100%-го ацетона [6, 7]. Карта расположения пробных площадок (ПП) показана на рис. 1.

Результаты исследований и их обсуждение. Хвоя сосны обыкновенной собиралась с участков неподверженных явным загрязнениям нефтью и подтоварной водой. Содержание хлорофилла а в ассимиляционном аппарате сосны обыкновенной в районе реки Ватинский Ёган составило 1,71 мг/г, на территории озера Кымыл-Эмтор – 1,53 мг/г, около озера Самотлор – 1,37 мг/г (рис. 2). Установлено, что в хвое наибольшее количество хлорофилла b было в районе р. Ватинский Ёган (1,01 мг/г), а наименьшие значения хлорофилла b и хлорофилла а были отмечены близ озера Кымыл-Эмтор (0,91 мг/г) и озера Самотлор (0,42 мг/г). Результаты определения содержания каротиноидов в хвое показали, что минимальное количество содержалось в районе реки Ватинский Ёган (0,16 мг/г). Максимальное количество каротиноидов было обнаружено близ озера Самотлор (0,21 мг/г). Согласно полученным данным наблюдается общая тенденция уменьшения количества хлорофиллов в зависимости от места произрастания. Такое изменение содержания пигментов может быть связанно с характером реакции сосны обыкновенной на действие антропогенных загрязнений [4, 5].

Рис. 1. Карта-схема расположения ПП на Самотлорском месторождении

Рис. 2. Изменение содержания пигментов в хвое сосны обыкновенной в различных местообитаниях

Для изучения изменения количественного состава фотосинтетического аппарата растений в ответ на солевое загрязнение были выбраны два участка загрязненных подтоварными водами и находящихся на стадии рассоления. Концентрация хлоридов на опытных участках составляла 0,7%. Для исследования использовали четыре вида растений местной флоры, контрольными вариантами служили растения с незагрязненных участков на данной территории. Содержание хлорофилла а во всех опытных вариантах сокращалось, например, у щавеля курчавого в контроле данный показатель имел значение 5,16 мг/г, в опытном – 3,5 мг/г, у крестовника болотного – 8,3 мг/г и 5,1 мг/г соответственно. Такая же закономерность наблюдалась у иван-чая и астры сибирской. При изучении изменения содержания хлорофилла b мы наблюдали сходную тенденцию, снижение содержания пигмента при повышении концентрации солей (табл. 1).

Таблица 1. Влияние подтоварных вод на содержание пигментов (мг/г сухой массы) листьях растений

Набольшее увеличение содержания каротиноидов было выявлено в листьях щавеля курчавого и крестовника болотного. Например, в листьях щавеля курчавого содержание каротиноидов в контроле составляло 1,48 мг/г, в опыте – 2,9 мг/г, у крестовника болотного – 1,3 мг/г и 2,66 мг/г, у астры сибирской – 0,95 мг/г и 1,74 мг/г, соответственно. Известно, что каротиноиды входят в состав антиоксидантной системы и выполняют защитную функцию в условиях засоления [2].

Содержание хлорофилла а в листьях исследуемых растений со слабой степенью нефтяного загрязнения возрастало незначительно по сравнению с контрольным вариантом. Более высокие концентрации нефти вызывали увеличение количества хлорофилла а в растениях осоки острой. У рогоза широколистного концентрация нефти 0,17% стимулировала процессы синтеза хлорофилла а, дальнейшее повышение содержания нефти в почве вызывало снижение этого показателя до уровня контроля (рис. 3).

Показано, что у осоки острой в условиях нефтяного загрязнения происходит увеличение содержания хлорофилла b по мере возрастания концентрации нефти. Для осоки пузырчатой установлена противоположная картина – содержание хлорофилла b при повышении концентрации нефти понижалось с 1 мг/г в контрольных условиях до 0,96 мг/г при 3,75% нефтяном загрязнении (рис. 4).

Нефтяное загрязнение почвы приводило к повышению содержания каротиноидов в листьях растений. Наибольшее накопление каротиноидов выявлено у осоки острой на всех опытных участках, у осоки пузырчатой данная тенденция выражена не столь явно (рис. 5). В целом нефтяное загрязнение почв оказывает неоднозначное влияние на содержание пигментов в изучаемых растениях.

Рис. 3. Влияние нефтяного загрязнения на содержание хлорофилла а в листьях осоки острой и осоки пузырчатой

Рис. 4. Влияние нефтяного загрязнения на содержание хлорофилла b в листьях осоки острой и осоки пузырчатой

Рис. 5. Влияние нефтяного загрязнения на содержание каротиноидов в листьях осоки острой и осоки пузырчатой

Выводы: антропогенная нагрузка в виде нефтяного и солевого загрязнения влияет на содержание фотосинтетических пигментов. Растения характеризуются видоспецифичностью, что проявляется в изменении пигментного состава в условиях техногенной нагрузки. Полученные данные свидетельствуют об адаптивном характере наблюдаемых реакций и специфической роли пигментов в структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата растений.

Работа выполнена в рамках исполнения инициативного научного проекта № 5.7590.2017/БЧ Минобрнауки России.