Легощина О.М., Неверова О.А., Быков А.А.*

Институт экологии человека СО РАН

*Кемеровский филиал института вычислительных технологий СО РАН

Особенности анатомического строения листа Betula pendula Roth в условиях влияния промзоны г. Кемерово

Известно, что древесные растения являются чувствительными индикаторами к действию промышленных выбросов, а различные показатели их состояния можно использовать в оценки степени и зональности загрязнения. Так для ранней диагностики состояния древесных растений могут быть использованы характеристики ассимилирующих органов, которые в значительной мере определяют ростовые и репродуктивные процессы, а также чувствительны к внешним воздействиям [3]. Судить о пластичности того или иного вида растения можно, зная анатомо-морфологическое строение его листа, как наиболее чувствительного органа [1]. По степени экологической лабильности вида можно прогнозировать его дальнейшее использование в озеленении городов [2].

В г. Кемерово одним из серьезных источников загрязнения атмосферы является промзона, расположенная на границе Центрального и Заводского районов города в непосредственной близости к жилым кварталам. Основные предприятия данной промзоны - Кемеровская ГРЭС, КОАО «Химпром», ОАО «Кокс», приоритетными выбросами которых являются оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, полиароматические углеводороды, в том числе бенз(а)пирен и взвешенные вещества.

Цель настоящего исследования – изучить особенности анатомического строения листа березы повислой в условиях влияния промзоны г. Кемерово.

Работа выполнена в рамках интеграционного проекта №84 СО РАН.

Для исследований выбраны 6 площадок наблюдения (ПН), расположенные по факельному следу распространения выбросов от промзоны (по преобладающему юго-западному направлению ветров). 1ПН – сквер у проходной ГРЭС, 2ПН - парк им. Горького, 3ПН - территория областной станции Юннатов, 4ПН – территория санатория «Журавлик», 5ПН - Сквер им. Шахтеров, 6ПН – двор сельской больницы. Расстояние от ПН 1 по прямой линии составляет: до 2 ПН - 1 км, до 3 – 3 км, до 4 – 4 км, до 5 – 4,5 км, до 6 – 6,5 км. На основании моделирования загрязнения атмосферного воздуха с учетом метеопараметров рассчитывался комплексный показатель (КП) загрязнения атмосферы на всех площадках наблюдения. При расчете КП учитывались следующие загрязнители: NO_x, CO, SO₂, бенз(а)пирен, взвешенные вещества.

Объект исследований – береза повислая средневозрастного генеративного состояния (g2).

Для анатомических исследований, листья, собранные в конце сезона вегетации фиксировали в 60% растворе этилового спирта, из средней части листовой пластинки делали поперечные срезы и помещали их в глицерин. В ходе исследования определяли толщину кутикулы, верхней и нижней эпидермы, толщину палисадной и губчатой ткани. Измерения анатомо-морфологических признаков листовой пластинки проводили с помощью микроскопа Аксиоскоп-2+, модель ZEISSN HBO103 and N XBO75 (Германия) с программным обеспечением. Статистическая обработка данных проведена с применением программы Statistica 6.1.

Анализ значений комплексного показателя загрязнения атмосферы на пробных площадках показал, что самой загрязненной является 1ПН, а менее загрязненной – 6ПН. В целом, по КП загрязнения атмосферы, пробные площадки можно расположить в следующем порядке: 1ПН (КП=17,97) > 2ПН (КП=10,43) > 3ПН (КП=8,13) > 5ПН (КП=6,87) > 4ПН (КП=6,28) > 6ПН (КП=6,21).

В ходе проведенных исследований было установлено, что у березы повислой с нарастанием техногенной нагрузки наблюдается тенденция к снижению толщины кутикулы и ширины клеток нижней эпидермы. Так толщина кутикулы листьев берёзы 2ПН и 1ПН снижается на 57 и 28%, ширина клеток нижней эпидермы – на 6 и 20% соответственно в сравнении с 6ПН (максимально удаленная от источника выбросов). Кроме того, у березы отмечаются изменения анатомических признаков тканей листа адаптивного характера. Наблюдаемые изменения выражаются в увеличении высоты клеток верхней и нижней эпидермы, увеличении толщины губчатого и столбчатого мезофилла, а также толщины листовой пластинки. Так, на 1ПН толщина клеток верхней и нижней эпидермы листьев березы возрастали по сравнению с 6ПН на 19% и 11% соответственно, толщина столбчатого и губчатого мезофилла составляла 27% и 28% соответственно. Коэффициент палисадности мезофилла проявлял тенденцию к увеличению по мере нарастания уровня техногенного загрязнения, что означает перераспределение между столбчатым и губчатым мезофиллом в сторону первого. Данные изменения, по-видимому, способствуют повышению устойчивости березы в условиях нарастающей техногенной нагрузки.

Таким образом, адаптационный ответ Betula pendula Roth на воздействие атмосферного загрязнения заключается в приобретении некоторых черт ксероморфности; в частности утолщение листовой пластинки за счет увеличения высоты клеток эпидермиса и мезофилла.

Данные корреляционного анализа показали достоверную связь комплексного показателя загрязнения атмосферы с некоторыми анатомическими характеристиками строения листа березы повислой: отрицательную связь с толщиной кутикулы (r = - 0.3, при p<0.05, n=109) и шириной клеток нижней эпидермы (r = - 0.23, при p<0.05, n=109); положительную корреляцию с толщиной листовой пластинки (r = 0.44, при p<0.05, n=109), высотой клеток нижней эпидермы (r = 0.22, при p<0.05, n=109), толщиной палисадной (r = 0.47, при p<0.05, n=109) и губчатой ткани (r = 0.42, при p<0.05, n=109), а также коэффициентом палисадности (r = 0.23, при p<0.05, n=109).

Таким образом, данные корреляционного анализа подтверждают возможность использования анатомических показателей листьев березы повислой в оценке степени суммарного загрязнения атмосферного воздуха.

Литература:

1. Буинова М.Г. Анатомия и пигменты листа растений Забайкалья. – Новосибирск: Наука, 1988.- 96с.

2. Евстюгин А.С. Изменчивость анатомо-морфологических показателей хвои сосны обыкновенной в географических культурах // Тез.докладов II междунар. конф. по анатомии и морфологии растений. – СП.: Бот. Ин-т им. В.Л. Комарова РАН, 2002. – С.45 – 46.

3. Зотикова А.П., Бендер О.Г., Собчак Р.О., Астафурова Т.П. Сравнительная оценка структурно-функциональной организации листового аппарата хвойных растений на территории г. Горно-Алтайска// Вестник ТГУ. 2007, № 299(1), С. 197-200.