О содержании фотосинтетических пигментов в хвое лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) при развитии в условиях аэротехногенного полиметаллического загрязнения окружающей среды

Институт биологии Уфимский научный центр РАН, г.Уфа

В работе представлена характеристика сезонных изменений содержания пигментов фотосинтеза в хвое лиственницы Сукачева ( Larix sukaczewii Dyl.), произрастающей в условиях аэротехногенного полиметаллического типа загрязнения окружающей среды на территории Стерлитамакского промышленного центра. Выявлены изменения содержания пигментов в хвое, направленные на стабилизацию продуктивности фотосинтеза и энергетического баланса в растении. Показана адаптивная роль различных фотосинтетических пигментов в условиях техногенеза.

Рост и развитие промышленного производства при достаточно низком уровне очистных мероприятий приводит к тому, что в окружающую среду с выбросами поступают огромные количества токсичных соединений, значительную часть которых составляют металлы. Эксгалаты оказывают негативное влияние на здоровье населения и состояние растительности, при этом необходимо отметить, что «оздоровление» промышленных центров невозможно без озеленения [6, 8, 10]. Создание санитарно-защитных насаждений с использованием древесных растений вблизи промышленных предприятий в значительной степени снижает содержание загрязняющих токсичных веществ в окружающей среде, что обусловлено способностью растений задерживать и частично аккумулировать газо- и пылевидные частицы, входящие в состав выбросов [1, 2, 4-6, 8-18].

Лиственница Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) является одним из видов древесных растений, использующихся при создании санитарно-защитных насаждений в Предуралье. Общеизвестно, что токсичные соединения, действуя на растения, оказывают негативное влияние на их рост и развитие, изменяют нормальное протекание физиолого-биохимических процессов, например, таких как фотосинтез. Для понимания механизмов физио- логической адаптации лиственницы Сукачева к условиям аэротехногенного полиметаллического загрязнения нами проведены исследования, характеризующие особенности изменения содержания пигментов фотосинтеза в хвое растений, развивающихся на территории Стерлитамакского промышленного центра, где сосредоточено наибольшее количество предприятий химической и нефтехимической промышленности в Уральском регионе.

Район исследований характеризуется высокой концентрацией предприятий химической, нефтехимической и топливно-энергетической промышленности, результатом работы которых является повышенное содержание в окружающей среде токсичных соединений, в основном тяжелых металлов [3], действие которых на древесные растения нами и изучалось. Так, для анализа степени негативных изменений, происходящих в растениях нами были заложены пробные площади в 50-летних культурах лиственницы (формула древостоя – 10Л, высота – 18 м, диаметр ствола – 22 см), произрастающих в северной части Стерлитамакского промышленного центра, где сосредоточены основные источники загрязнения окружающей среды, на расстоянии не превышающем 3 км от промышленных предприятий. В качестве конт- роля нами использовались 50-летние культуры лиственницы (формула древостоя – 10Л, высота – 21 м, диаметр ствола – 26 см), произрастающие в южной части г. Стерлитамака на территории, примыкающей к лесному питомнику.

Для определения содержания пигментов в хвое образцы отбирали из средней части кроны не менее чем с 20 деревьев [7]. Отбор растительного материала производился в середине дня, когда содержание пигментов в хвое наибольшее – в 11.00-14.00. Собранную хвою измельчали, после чего навески (0,1 г), взвешенные на электронных лабораторных весах ВЛТЭ-150 (Госметр, Россия), помещали в пробирки и заливали 10 мл 96%-го этилового спирта и помещали в темное помещение во избежание разрушения пигментов фотосинтеза на свету. Через 12 часов проводили измерения содержания пигментов фотосинтеза – хлорофиллов А и В, а также каротиноидов методом спектрофотометрии с использованием мобильного спектрофотометра КФК-5М (Россия). Содержание пигментов в листьях рассчитывали в два этапа по формулам:

I этап – Расчет концентрации пигментов хвои в спиртовом растворе (мг/л):

С _{хлорофилл А} = 13,7 • D ₆₆₅ – 5,76 • D ₆₄₉

С _{хлорофилл B} = 25,8 • D ₆₄₉ – 7,6 • D ₆₆₅

каротиноиды ,          440,5     ,           хлорофилл А     хлорофилл B , где D665, D649 и D440,5 – показатели оптической плотности спиртового раствора при соответствующих длинах волн (665, 649 и 440,5 нм).

II этап – Расчет количества пигментов в хвое (мг/г сырой массы):

a = VC-

P - 1000

где V – объем спиртовой вытяжки (10 мл); C – концентрация пигментов в спиртовом растворе (мг/л); P – навеска растительного материала (0,1 г).

Рис. Содержание пигментов в хвое лиственницы Сукачева ( Larix sukaczewii Dyl.) в условиях полиметаллического загрязнения Стерлитамакского промышленного центра

Исследования пигментного комплекса хвои растений лиственницы Сукачева, произрастающих на территории Стерлитамакского промышленного центра показали, что в условиях полиметаллического загрязнения в начале вегетационного периода (июнь) содержание пигментов (сумма всех пигментов) выше по сравнению с контролем, однако в последующем содержание пигментов меньше по сравнению с контролем, что можно объяснить постепенным накоплением токсикантов хвоей (рис.). Показано также, что несмотря на загрязнение окружающей среды сезонное распределение различных пигментов фотосинтеза, а также их суммы в условиях контроля и опыта не отличаются. Имеются лишь различия величины показателей пигментов фотосинтеза, характеризующиеся большим содержанием пигментов в растениях контрольных участков по сравнению с опытными

Анализируя содержание различных пигментов показано, что в условиях загрязнения их основную массу составляют хлорофилл А (на долю которого приходится 46-55% общего количества всех пигментов) и каротиноиды (38-46%). Кроме того, отмечена четкая динамика возрастании как массы, так и доли хлорофилла В в течение вегетационного периода (с 4% в июне до 11% в августе). В условиях контроля основную массу пигментов также составляет хлорофилл А, однако здесь его доля значительно ниже (34-37%), чем в условиях загрязнения. Так же, в контроле отмечено возрастание доли хлорофилла В в общей массе пигментов (до 34-36%) на фоне уменьшения доли каротиноидов (до около 30%) в пигментом комплексе хвои лиственницы по сравнению с зоной загрязнения.

На основании полученных результатов можно сделать заключение о том, что в условиях полиметаллического загрязнения на территории Стерлитамакского промышленного центра основную часть пигментного комплекса хвои лиственницы Сукачева составляет хлорофилл А. При этом вспомогательные пигменты – хлорофилл В и каротиноиды, выполняющие протекторные и другие функции, в полной мере не компенсируют общее

Киев: Наукова думка, 1996.

Алма-Ата, 1990.

ABOUT THE CONTENTS OF PHOTOSYNTHETIC PIGMENTS IN LARCH NEEDLES ( LARIX SUKACZEWII DYL.) AT DEVELOPMENT UNDER AEROTECHNOGENIC POLYMETAL POLLUTION CONDITIONS OF AN ENVIRONMENT

In present article the characteristic of seasonal changes of the contents of pigments of photosynthesis in larch needles ( Larix sukaczewii Dyl.), which growth under under conditions of aerotechnogenic polymetal type of pollution of an environment in territory of Sterlitamak industrial centre is submitted. The changes of the contents of pigments in needles directed on stabilization to efficiency of photosynthesis and power balance in a plant are revealed. The adaptive role of various photosynthetic pigments in technogenic conditions is shown.