Влияние техногенной нагрузки на содержание аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений, произрастающих в разных районах города Красноярска

Введение. В растительной клетке аскорбиновая кислота является продуктом окисления сахаров. Она существует в двух формах - собственно аскорбиновой кислоты и легко образующейся из нее при окислении дегид-роаскорбиновой кислоты. Взаимопревращения аскорбиновой и дегид-роаскорбиновой кислот в растительном организме тесно связаны с ферментативными взаимопревращениями окисленного и восстановленного глютатиона. Являясь хорошим восстановителем, аскорбиновая кислота в растительной клетке, наряду с другими соединениями (глютатион, полифенолы, цитохромы и др.), участвует в регуляции окислительновосстановительного потенциала, с которым связана активность многих ферментов и физиологобиохимических реакций, в том числе таких жизненно важных, как фотосинтез и дыхание [6].

Количество аскорбиновой кислоты значительно изменяется в течение вегетации, особенно в городе, где процесс старения листьев ускоряется. С возрастом листа содержание аскорбиновой кислоты в нем увеличивается, что повышает устойчивость растения. В период цветения и плодоношения концентрация аскорбиновой кислоты в листьях резко падает [3].

Хотя аскорбиновая кислота является вторичным продуктом фотосинтеза, ее содержание косвенно зависит от фотосинтеза. В условиях урбанизированной среды снижается интенсивность фотосинтеза растений, что отражается на содержании аскорбиновой кислоты [7].

Также аскорбиновая кислота является замедлителем свободного радикального окисления, поэтому в условиях действия вредных газов, большинство из которых активные радикалы-окислители, повышается расход аскорбиновой кислоты на их инактивацию. На основе динамики содержания аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений (береза повислая, липа мелколистная, хвоя ели) под влиянием фумигации аммиаком и сернистым газом выявлено, что в условиях загрязненной окружающей среды у видов, устойчивых к техногенному влиянию, содержание аскорбиновой кислоты снижается незначительно, у видов неустойчивых (с ослабленными процессами) – значительно [4].

При влиянии кислых газов снижается рН симпласта листа, активизируя окислительновосстановительные реакции, в которых принимает участие и аскорбиновая кислота. Ее молекула, присоединяя два протона, превращается в клетках в гидроаскорбиновую кислоту. Эта реакция обратима и тесно связана с реакцией окисления и восстановления глютатиона. В случае низких концентраций кислых газов эта система может повышать устойчивость растений к токсикантам. Протон является нормальным метаболитом любой живой клетки. Из-за его высокой химической активности число протонов в каждом внутриклеточном органоиде должно поддерживаться в определенных пределах. Кислые газы, включаясь в реакции метаболизма, могут закислять отдельные элементы клетки, что приводит к множеству неуправляемых окислительно-восстановительных реакций и нарушению работы данных органоидов, а затем и клеток в целом (хлорозы и некрозы на листьях), и, как следствие, к деградации листа. Одной из причин запуска неуправляемых окислительно-восстановительных реакций служит плазмолиз, так как выход воды из симпласта в апопласт приводит к повышению концентрации кислых газов в симпласте листа [5].

Содержание аскорбиновой кислоты непосредственно связано с условиями роста и физиологическим состоянием растительного организма. В связи с этим полагают, что определение содержания аскорбиновой кислоты, а также изменчивость этого показателя можно использовать в биоиндикационных целях [1].

Цель исследований. Оценить содержание аскорбиновой кислоты в листьях при техногенном воздействии.

Объекты исследований. Объектом исследований были древесные растения, произрастающие в разных районах города.

Магистральные посадки (ул. Тотмина и Телевизорная); санитарно-защитные зоны ведущих промышленных предприятий – ОАО «КрАЗ», ОАО «Красфарма». В качестве зон условного контроля (ЗУК) выбраны территории Ботанического сада Института леса СО РАН (юго-западная окраина города) и лесопарковая зона (Ветлужанка).

Результаты исследований. Анализы проводили трижды в течение вегетации. Отбор растительных образцов проводили в утренние часы, трижды в течение вегетации. Отбирались ассимилирующие листья на верхушечных вегетативных удлинённых побегах. Содержание аскорбиновой кислоты определяли по ГОСТ 24556-89 [2].

В городских условиях максимальное содержание аскорбиновой кислоты установлено в листьях тополя бальзамического и яблони ягодной (495 и 670 мг% соответственно). Увеличение концентрации данного метаболита свидетельствует об активности окислительно-восстановительных процессов в листьях указанных видов в условиях техногенной нагрузки. Малым содержанием аскорбиновой кислоты в листьях отличаются рябина обыкновенная и роза майская (256 и 264 мг%) ( рис. 1).

С увеличением техногенного стресса яблоня ягодная и тополь бальзамический (как правило, это виды с высокой ассимиляционной активностью) существенно увеличивают содержание аскорбиновой кислоты в листьях (рис. 2), что, на наш взгляд, может обуславливать их устойчивость к загрязнению. У ивы козьей и розы майской, наоборот, содержание аскорбиновой кислоты снижается в магистральных посадках, а у ели колючей – в санитарно-защитной зоне промышленных предприятий. Ель колючая в магистральных посадках содержит максимальное количество данного метаболита (900 мг%).

Содержание аскорбиновой кислоты, мг%

9   10

1-Берёза повислая 2-Клён ясенелист.

3-Тополь бальзамич.

4-Липа мелколист.

5-Ива козья

6-Ель колючая

7-Рябина обыкн.

8-Яблоня ягодн.

9-Роза майская

10-Карагана древовид.

Рис. 1. Содержание аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений (г. Красноярск, 2012)

Содержание аскорбиновой кислоты, мг%

• ■    Зона усл. Контроля

• ■    СЗЗ предприятий

1 -Берёза повисл.

2-Клён ясенелист.

• 3-    Тополь бальзамич.

4-Липа мелколист.

5-Ива козья

6-Ель колючая

7-Рябина обыкн.

8-Яблоня ягодная

9-Роза майская

10-Карагана древовид.

Рис. 2. Содержание аскорбиновой кислоты в листьях изучаемых видов древесных растений, произрастающих в различных функциональных зонах (г. Красноярск, 2012 г.)

У березы повислой содержание данного метаболита существенно возрастает только в зоне влияния промышленных предприятий. В свою очередь, клен ясенелистный и липа мелколистная (имеющие невысокие показатели фотосинтеза) не имеют достоверных отличий при переходе из зоны условного контроля в зоны с интенсивной техногенной нагрузкой. Любопытная динамика содержания аскорбиновой кислоты выявлена у ели колючей (рис.3): если в июне данный вид в хвое содержит максимальное количество этого метаболита (990 мг%), то в июле и августе содержание аскорбиновой кислоты в хвое является самым низким (100 и 130 мг%). Тем не менее в августе содержание аскорбиновой кислоты в хвое достоверно выше, чем в июле, что говорит о возрастании активности физиологических процессов в данный период.

Содержание аскорбиновой кислоты, мг%

• ■    июнь

• ■    июль

• ■    август

1-Берёза повисл.

2-Клён ясенелист.

3-Тополь бальзамич.

4-Липа мелколист.

5-Ива козья

6-Ель колючая

7-Рябина обыкн.

8-Яблоня ягодн.

9-Роза майская 10-Карагана древовид.

Рис. 3. Содержание аскорбиновой кислоты в листьях древесных растений в течение вегетации (г. Красноярск, 2012 г.)

Из этого следует, что для всех видов свойственно снижение содержания аскорбиновой кислоты в ассимиляционных органах в течение вегетационного периода. Это, возможно, связано с накоплением поллютантов в листьях и расходованием аскорбиновой кислоты на их нейтрализацию. В итоге в условиях городской среды высокой активностью окислительно-восстановительных процессов отличаются тополь бальзамический, яблоня ягодная и береза повислая, для которых характерно увеличение содержания аскорбиновой кислоты в листьях при увеличении техногенной нагрузки.

Заключение. Изученные виды в целом адаптированы к условиям произрастания в санитарнозащитных зонах промышленных предприятий и магистральных посадках. Нужно отметить, что яблоня ягодная и тополь бальзамический поддерживают метаболизм в экологически неблагополучных условиях, но и, вероятно, при участии аскорбиновой кислоты реализуют потенциальные возможности фотосинтетической деятельности в более полном объеме.