Изучение параметров флуоресценции хлорофилла древесных растений в условиях различной транспортной нагрузки

автотранспорт, работающий на этилированном бензине. Такой бензин содержит примеси свинца в качестве антидетонатора и становится причиной загрязнения городской среды свинцом [3].

Фотосинтез является одним из самых чувствительных физиологических процессов к действию любых экологических и антропогенных факторов. Кислые газы вызывают вначале слабое подавление, затем активацию и далее устойчивое подавление фотосинтеза [4]. Быстро оценить величину токсического воздействия на растительный организм можно на основе регистрации показателей интенсивности флуоресценции хлорофилла (ИПФ). С этой целью нами была изучена возможность применения ИПФ в качестве оперативного показателя состояния листьев древесных растений произрастающих на территориях с различной степенью транспортной нагрузки.

Методика. Измерение параметров флуоресценции проводилось на портативном хлоро-филл-флуориметре MINI-PAM Yeinz Walz GmbH (Германия) разработанном для быстрой и достоверной оценки квантового выхода фотохимического преобразования энергии в процессе фотосинтеза. Потенциальный квантовый выход фотохимического превращения энергии рассчитывали с помощью уравнения предложенного Дженти (Genty) с соавторами в 1989 г.:

YIELD= (Fm'-F)/Fm' = ∆F/ Fm'

Объекты исследования – древесные растения: Робиния псевдоакация ( Robinia pseudoacacia ) , Платан восточный ( Platanus orientalis

L .) , Тополь черный ( Populus nigra L. ) и Береза повислая ( Bétula péndula ). Изучались виды растений, наиболее часто используемые в г. Махачкале в составе различных экологических категорий насаждений: магистральные посадки на проспекте им. Имама Шамиля, перекрестке проспекта Гамзатова и ул. Ярагского. Питомниковая зона парка им. Ленинского комсомола выбрана в качестве площадки условного контроля. На каждой пробной площади были выбраны визуально неповрежденные деревья, находящиеся в одинаковых условиях освещенности и увлажнения. Изучались особи примерно одного возраста, измерения флуоресцентных показателей и отбор проб проводился в один и тот же день (для соблюдения идентичности метеорологических условий) в утренние часы. Работы проводились в периоды вегетационной и физиологической активности древесных растений 2011-2013 г. Измерения ИПФ и отбор проб для определения пигментов в каждом из вариантов опытов проводились в 7-и кратной повторности. Спектрофотометрический анализ ацетонового экстракта пигментов (хлорофилла a ,b и каротиноидов) проводился на спектрофотометре СФ-46. Концентрацию определяли по формуле H.K. Lichten-thaler (1987 г.) [5]. Математическую обработку материалов провели с применением статистического пакета «Statistica 6».

Результаты исследования. Условия жизнедеятельности растительного организма оказывают влияние на процессы его метаболизма, и в том числе на первичные стадии фотосинтеза. У растений развивается особое состояние – фитостресс в результате того, что в среде складывается ситуация, отличная от природной фоновой, затрудняющая естественное существование организма. Исследования показали, что у изученных пород деревьев показатели флуоресценции листьев по-разному реагируют на уровень техногенного загрязнения воздушной среды в местах произрастания. Так, величина квантового выхода флуоресценции листьев (F) робинии и платана, произрастающих на опытном участке незначительно выше по сравнению с контрольными образцами, тогда как этот показатель у тополя значительно выше у образца, произрастающего на контрольном участке (рис. 1). Показатели максимальной флуоресценции (Fm) у Robinia pseudoacacia и Platanus orientalis на обоих участках почти идентичны тогда, как у Populus nigra L . интенсивность Fm выше на 41% у образцов, произрастающих на опытном участке. Обратная картина у Bétula péndula , показатель Fm незначительно выше (на 21%) у образцов с контрольного участка.

Интенсивность квантового выхода фотосинтеза (Y(II)) Робинии псевдоакации и Платана восточного для образцов, произрастающих на участках с различной степенью загрязнения, отличается незначительно, хотя нужно отметить тенденцию к снижению интенсивности Y(II) у образцов с опытного участка (рис. 2). Робиния псевдоакация демонстрирует устойчивость к загрязняющим факторам среды, что обусловлено ее видовыми характеристиками.

Рис. 1. Квантовый выход флуоресценции (F) и максимальная флуоресценция (Fm) листьев (Р) Robinia pseudoacacia, (П) Platanus orientalis L., (Т) Populus nigra L . и (Б) Bétula péndula , произрастающих в различных по загрязненности зонах на территории г. Махачкалы (1 – питомниковая зона парка, 2 – перекресток)

Рис. 2. Фотосинтетическая активность листьев Y(II) Robinia pseudoacacia, Platanus orientalis L., Populus nigra L . и Bétula péndula , произрастающих в различных по загрязненности зонах на территории г. Махачкалы

Показатель фотосинтетической активности хлоропластов листьев теоретически равен 0,82 отн.ед., в природных условиях для листьев находящихся в хорошем физиологическом состоянии она приближается к 0,8. Из полученных данных видно, что некоторые образцы исследованных нами видов г. Махачкалы находится в относительно хорошем состоянии. В экологически благоприятной питомниковой зоне парка показатель Y(II) находится в пределах 0,799-0,747. В неблагоприятной по показателям загрязненности зоне на перекрестке эти показатели составляют 0,7790,533. Наиболее значимое уменьшение этого показателя отмечено у березы (рис. 2). Помимо повышения загрязнителей атмосферы здесь могли сказаться и такие факторы как дефицит минерального питания, водный и температурный стресс. Фотосинтетический аппарат березы в климатических условиях г. Махачкала, возможно, является более чувствительным к стрессовым факторам.

При сравнительном анализе содержания ХЛ a и ХЛ b в листьях исследуемых видов необходимо отметить, что количество хлорофилла а во всех исследуемых образцах было несколько выше чем ХЛ b . Исключение составляет робиния, произрастающая в парковой зоне у которой эти значения одинаковы. При сравнении образцов произрастающих на территориях с различной степенью транспортной нагрузки отмечено незначительное повышение содержания ХЛ а и ХЛ b на опытных участках, что может быть связано с дефицитом влаги в листьях растений находящихся в неблагоприятных условиях. Из анализа содержания каротиноидов в листьях исследованных видов следует, что у тополя черного и робинии псевдоакации этот пигмент обнаружен в следовых количествах в отличие от березы повислой (рис. 3). Некоторыми авторами отмечалось, что в листьях березы при развитии в экстремальных лесорастительных условиях отмечается увеличение суммы пигментов за счет каротиноидов и хлорофилла b , при этом содержание хлорофилла a сокращается [6, 7]. В наших исследованиях это характерно для образцов с обеих изучаемых площадок. Возможно для березы дополнительным экстремальным условием является высокий температурный режим региона вследствие чего, концентрация каротиноидов выполняющих защитную функцию возрастает. Прямой корреляции между содержанием хлорофилла а в листьях протестированных нами деревьев и их фотосинтетической активностью на данном этапе исследования нами не зафиксировано. Это может быть связано с невысокой степенью загрязненности, которая еще не оказала разрушающее действие на структуру хлоропластов, но уже повлияла на флуоресцентные характеристики фотосинтетического аппарата столь чувствительного к изменениям условий среды.

мг/г                                               ПХла ВХлЬ В Кар.

llllll

Т.ч.просп. Т.ч.парк Р.п. поосп. Рл-паок Б.п.ппосп. Б Л.паок

Рис. 3. Содержание хлорофилла ( a,b ) и каротиноидов в листьях Robinia pseudoacacia (Р.п.), Populus nigra L .(Т.ч.) и Bétula péndula (Б.п.), произрастающих в различных по загрязненности зонах на территории г. Махачкалы (просп. – проспекты им. Шамиля и Гамзатова, парк – питомниковая зона парка)

Выводы: изучение физиологического состояния робинии псевдоакации ( Robinia pseudoacacia ) , Платана восточного ( Platanus orientalis L. ) , Тополя черного ( Populus nigra L. ) и Березы повислой ( Bétula péndula ), произрастающих в районах с различной степенью транспортной нагрузки г. Махачкалы, проводилось с помощью метода оценки флуоресцентных характеристик. Нами отмечено, что:

• -    показатели интенсивности квантового выхода фотосинтеза у листьев деревьев произрастающих в благоприятных условиях были в пределах 0,799-0,747, что свидетельствует хорошем физиологическом состоянии;

• -    наиболее чувствительным к стрессовым факторам видом оказалась береза. У ее образцов произрастающих на опытном участке с высокой степенью загазованности и содержания ТМ в почве, отмечено наименьшее значение показателя фотосинтетической активности (0,533);

• -    наибольшую устойчивость к неблагоприятным факторам в нашем исследовании показали такие виды, как робиния псевдоакация и платан восточный. Флуоресцентные показатели этих видов на опытных участках мало отличались от контрольных.

• -    метод оценки флуоресцентных показателей может быть применен для сравнительной оценки состояния зеленых насаждений и оперативного экологического мониторинга городской среды

Работа выполнена при поддержке Программы РАН №30 «Живая природа: современное состояние и проблемы развития».