Содержание пигментов фотосинтеза в листьях березы повислой (Betula pendula Roth) и дуба черешчатого (Quercusrobur L.) условиях Уфимского промышленного центра

Общей реакцией для всех видов растений является интенсивное разрушение всех пигментов при появлении видимых поражений на листьях [3].

Цель работы: изучение особенностей содержания пигментов фотосинтеза в листьях березы повислой ( Betula pendula Roth) и дуба черешча-того ( Quercus robur L.) в условиях Уфимского промышленного центра (УПЦ).

Город Уфа – крупнейший город на территории Республики Башкортостан с численностью населения 1089 тыс. человек, общая площадь территории города – 759 км2. УПЦ относится к зоне с высоким уровнем загрязнения воздуха. Промышленное загрязнение г. Уфы смешанное с преобладанием углеводородной составляющей [4]. В 2013 г. по данным Государственного доклада о состоянии окружающей среды [4] объем выбросов в атмосферу г. Уфы составил 228,8 тыс. т. Уровень загрязнения города выше среднего, индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) в 2013 г.– 9. Плотность выбросов загрязняющих веществ на 1 га территории Уфимского промышленного центра в 2013 г. достигала 3,236 тонны (в расчете на одного жителя – 0,207 т). Степень загрязненности атмосферного воздуха по районам значительно отличается и колеблется, наиболее загрязненной является северная часть города. В этой части сосредоточены 3 нефтеперерабатывающих завода: ОАО «Уфимский нефтеперерабатывающий завод» (ОАО «УНПЗ»), ОАО «Ново-Уфимский нефтеперерабатывающий завод» (ОАО «НУНПЗ»), ОАО «Уфанефтехим», 4 ТЭЦ – Уфимская ТЭЦ-1, Уфимская ТЭЦ-2, Уфимская ТЭЦ-3, Уфимская ТЭЦ-4, завод синтетического спирта ОАО «Уфаоргсинтез» и другие крупные предприятия. УПЦ имеет протяженность с севера на юг около 60 км. По всей территории города между жилыми кварталами расположены многочисленные предприятия средств связи, приборостроения, строительной индустрии, машиностроения. Лидирующую роль в загрязнении воздушного бассейна УПЦ занимают объекты нефтехимического производства, на долю которых приходится 71% всех выбросов от стационарных источников города, на втором месте – объекты электроэнергетики, на долю которых приходится 28% всех выбросов. В структуре промышленных выбросов в атмосфере г.Уфы лидирующее место принадлежит диоксиду серы, ароматическим углеводородам и другим летучим органическим соединениям и оксиду углерода.

Закладка и описание постоянных и временных пробных площадей в культурах березы и дуба проводились по стандартным методикам [7, 10]. Пробные площади были заложены в северной части УПЦ (зона загрязнения) и располагаются в непосредственной близости от групп нефтеперерабатывающих предприятий. В качестве относительного контроля были заложены пробные площади в 20 км к югу от УПЦ на территории д. Уптино (в регионе преобладает юго-западный и южный перенос воздушных масс). Возраст изученных древостоев – более 50 лет.

Для определения содержания пигментов в листьях березы и дуба образцы отбирались из средней части кроны не менее, чем с 20 деревьев [6]. Отбор образцов производился в середине дня, когда содержание пигментов в листьях наибольшее – в 11.00-14.00. Собранные листья 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 a и b , а также каротиноидов методом спектрофотометрии с использованием спектрофотометра КФК-5М (Россия). Содержание пигментов в листьях рассчитывали в два этапа по формулам:

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

,   =13 7- D -5 76- D хлорофилла       , 7 665 5, 7      649

С , , =25 8- 77 — 7 6/7 хлорофиллЬ ²—’,      649 ' ,       665

C кар о ти но и ды

= 4,6957 • D 440,5 -

- 0,268 • ( D х„орофuлл_a

+ D

хлор о филлb

) ^,

где D 665 , D 649 и D 440,5 – показатели оптической плотности спиртового раствора при соответствующих длинах волн (665, 649 и 440,5 нм).

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

A = Vl^-P • lOOO ^, где V – объем спиртовой вытяжки (10 мл); С – концентрация пигментов в спиртовом растворе (мг/л); Р – навеска растительного материала (0,1 г).

Исследования показали, что в условиях загрязнения в листьях березы в целом происходит незначительное увеличение содержания хлорофилла а по сравнению с контролем в июне и июле, и снижение – в мае и августе (рис. 1).

Рис. 1. Содержание хлорофилла а (мг/г) в листьях березы повислой в условиях УПЦ

Содержание хлорофилла а в листьях березы колеблется от 2,418±0,1727 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия загрязнения) до 3,800±0,0472 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июль, условия загрязнения). Содержание хлорофилла b в листьях березы в условиях загрязнения выше в июне и июле, ниже контрольных значений – в мае и августе (рис. 2). Содержание хлорофилла b в листьях березы колеблется от 4,130±0,0932 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия загрязнения) до 6,535±0,0810 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июль, условия загрязнения).

Рис. 2. Содержание хлорофилла b (мг/г) в листьях березы повислой в условиях УПЦ

Содержание каротиноидов в листьях березы в условиях загрязнения выше в июне и июле, ниже контрольных значений – в мае, в августе содержание каротиноидов в условиях загрязнения и в контроле практически одинаково (рис. 3). Содержание каротиноидов в листьях березы колеблется от 1,445±0,0037 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия контроля) до 2,868±0,0338 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июль, условия загрязнения).

Рис. 5. Содержание хлорофилла а (мг/г) в листьях дуба черешчатого в условиях УПЦ

Рис. 3. Содержание каротиноидов (мг/г) в листьях березы повислой в условиях УПЦ

Сумма пигментов фотосинтеза в листьях березы в условиях загрязнения выше в июне и июле, ниже контрольных значений – в мае и августе (рис. 4) и колеблется от 8,039±0,1831 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия загрязнения) до 13,203±0,1619 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июль, условия загрязнения).

Установлено, что в условиях загрязнения содержание хлорофилла а в листьях дуба практически не изменяется по сравнению с контролем (рис. 5). Содержание хлорофилла а в листьях дуба колеблется от 2,550±0,0438 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия контроля) до 3,493±0,0512 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июнь, условия загрязнения).

Рис. 4. Суммарное содержание пигментов фотосинтеза (мг/г) в листьях березы повислой в условиях УПЦ

Содержание хлорофилла b в листьях дуба в условиях загрязнения практически не изменяется в зависимости от местопроизрастания, но в целом незначительно больше по сравнению с контролем (рис.6). Содержание хлорофилла b в листьях дуба колеблется от 4,358±0,0732 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия контроля) до 6,008±0,0885 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июнь, условия загрязнения).

Рис. 6. Содержание хлорофилла b (мг/г) в листьях дуба черешчатого в условиях УПЦ

Содержание каротиноидов в листьях дуба в условиях загрязнения практически не изменяется в зависимости от местопроизрастания, но в целом незначительно больше по сравнению с контролем (рис.7). Содержание каротиноидов в листьях дуба колеблется от 1,551±0,172 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия загрязнения) до 2,632±0,0462 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июнь, условия загрязнения).

Сумма пигментов фотосинтеза в листьях дуба в условиях загрязнения выше по сравнению с контролем (рис. 8) и колеблется от 8,50±0,1255 мг/г сырой массы (минимальное значение за весь вегетационный период, август, условия контроля) до 12,133±0,1854 мг/г сырой массы (максимальное значение за весь вегетационный период, июнь, условия загрязнения).

Анализируя результаты следует отметить, что в структуре фотосинтетических пигментов первое место занимает хлорофилл b , на долю которого приходится примерно 50% всей массы пигментов. На долю хлорофилла а приходится примерно 30% от всех пигментов. На долю каротиноидов приходится примерно 20% массы пигментов. Известно, что каротиноиды выполняют протекторную функцию в организме растения.

Наши исследования показали, что содержание каротиноидов (по массе) в листьях березы и дуба в условиях загрязнения по сравнению с контролем возрастает незначительно, при этом в общей структуре пигментов их доля не повышается.

Это может свидетельствовать о том, что промышленное загрязнение с высокой углеводородной составляющей не вызывает значительных нарушений процесса синтеза фотосинтезирующих пигментов в листьях данных древесных пород.

Каротиноиды

листьях дуба черешчатого в условиях УПЦ

фотосинтеза (мг/г) в листьях дуба черешчатого в условиях УПЦ

Данное предположение подтверждается так же тем фактом, что в условиях загрязнения не отмечается значительного уменьшения содержания пигментов фотосинтеза (что может свидетельствовать о разрушении пигментов под действием токсикантов), так и значительного увеличения содержания пигментов фотосинтеза (что может свидетельствовать о компенсаторных механизмах, направленных на снижение негативного воздействия загрязнения). Наши исследования показали, что содержание пигментов фотосинтеза в листьях березы и дуба в условиях загрязнения в целом выше, но в данном случае можно говорить только о тенденции к увеличению, так как в большинстве случаев данное увеличение не достоверно (за исключением некоторых месяцев).

Выводы: исследования, проведенные в пределах УПЦ, показали, что загрязнение с углеводородной составляющей не оказывает значительного негативного воздействия на содержание фотосинтетических пигментов в листьях березы повислой и дуба черешчатого. Не отмечается значительного уменьшения или увеличения содержания пигментов фотосинтеза в листьях данных древесных пород в условиях промышленного загрязнения. Основную массу фотосинтетических пигментов составляет хлорофилл b .