Экология/6.Экологический мониторинг

Алиева М.Ю., Магомедова М.Х.-М.

Прикаспийский институт биологических ресурсов ДНЦ РАН, Россия

Замедленная флуоресценция древесных растений в условиях антропогенной нагрузки.

Резкое ухудшение качества городской среды связанное с увеличением выбросов автотранспорта в атмосферу является одной из актуальных экологических проблем. В окружающую среду поступают тяжелые металлы (ТМ), оксиды углерода, азота, серы, сажа и другие токсичные соединения. При этом нарушается биотический круговорот, наносится ущерб здоровью населения, флоре, фауне, снижается устойчивость и продуктивность природных и природно-антропогенных экосистем.

В крупных городах России доля выбросов от автотранспорта соизмерима с выбросами от промышленных предприятий. В городах с менее развитой промышленностью вклад автотранспорта в суммарное загрязнение атмосферного воздуха возрастает и в отдельных случаях достигает 80–90% (Нальчик, Якутск, Махачкала, Армавир, Элиста, Горно-Алтайск и др.)[5].

Специфика подвижных источников загрязнения (автомобилей) проявляется в низком расположении, пространственной распределенности и непосредственной близости к жилым районам. Автотранспорт создает в городах обширные и устойчивые зоны, в пределах которых в несколько раз превышаются санитарно-гигиенические нормативы загрязнения среды [3].

Среди загрязняющих веществ особую биологическую опасность представляют тяжелые металлы. Вблизи автострад обнаруживается сильное загрязнение ТМ, особенно свинцом, а также цинком, кадмием. В условиях мегаполиса ТМ аккумулируются в непосредственной близости от автодороги (15-20 метров). Установлено, что 75 % свинца, содержащегося в топливе, выделяется в воздухе и быстро рассеивается. Рассеяние в воздухе частиц, содержащих ТМ, сильно зависит от метеообстановки и направления ветра[1].

Загрязнение среды приводит к различным нарушениям развития древесных фитоценозов придорожных лесополос, вызывая сокращение сроков вегетации, уменьшение площади ассимилирующих органов, торможение ростовых процессов. Поступление тяжелых металлов в растения может происходить двояко: воздушным путем, и через почву – при поглощении почвенного раствора, содержащего высокие концентрации тяжелых металлов.

По характеристикам замедленной флуоресценции можно судить об активности фотосинтетического аппарата целого растения, наблюдать его реакции на факторы окружающей среды. Параметры флуоресценции очень чувствительны к изменению практически всех реакций фотосинтеза, таких, как транспорт электронов в темновых фазах фотосинтеза, протонная проводимость тилакоидной мембраны, фотофосфорилирование, активность реакционных центров и др. В изменении флуоресцентных показателей отражаются даже незначительные сдвиги в функционировании растений при изменении внешних условий

Объекты и методы. Для изучения вопроса влияния загрязняющих веществ поступающих в среду с выбросами автотранспорта на флуоресцентные показатели древесных растений исследованы листья деревьев произрастающих на территориях с различной степенью транспортной нагрузки:

Объектами исследования были выбраны древесные растения видов Robinia pseudoacacia, Platanus orientalis L, Populus nigra L. произрастающие вдоль участке с интенсивной транспортной нагрузкой и в зоне городского парка. Выбор основывался на том, что тополь черный превалирующий в “старых” городских посадках сейчас подвергается вырубке и заменяется на другие виды. Платан восточный из-за декоративных качеств и неприхотливости в последнее время широко используется городскими спецхозяйствами в озеленении. Робиния лжеакация (акация белая) привлекла наше внимание такой видовой характеристикой как засухоустойчивость и устойчивость к загрязняющим факторам.

Изучалась флуоресценция листьев деревьев (расположенных на высоте 1м 70см от уровня почвы) отобранных в утренние часы и помещенных до начала измерений в пакеты из черной фотобумаги. Для каждого образца выдерживалось одинаковое время с момента изъятия листа до проведения измерений флуоресцентных характеристик (40-45 минут). Измерения производились на ПАМ-установке типовой конструкции. После предварительной 10 минутной темновой адаптации измерялись такие показатели как Fo-фоновая, Fm -максимальная, Ft-стационарная флуоресценция хлорофилла. Переменная флуоресценция (Fv) рассчитывается по формуле Fv = Fm – Fо.

Был произведен абсорбционный анализ почв, отобранных с территорий произрастания исследуемых образцов на содержание (в мг/кг) тяжелых металлов (Pb, Zn, Ni, Co, Cu).В почвах, отобранных в зоне проспекта содержание таких элементов как, свинец(21,05), медь(2,46), кобальт(0,301) и цинк(37,35) выше этих показателей у образцов из парковой территории: Pb - 9,035, Zn - 28,05, Co - 0,18, Cu - 0,715. По содержанию никеля почвы мало отличаются: 0,61 – для парковой зоны и 0,64 для территории придорожных посадок

Обсуждение результатов. Сравнительный анализ показателей флуоресценции листьев исследуемых образцов позволяет сделать некоторые предварительные выводы об угнетении процессов фотосинтеза у объектов произрастающих в условиях высокого содержания в атмосфере и почве загрязняющих веществ. Отмечена относительно небольшая вариация величины фоновой (Fo) и стационарной (Ft) флуоресценции у листьев всех образцов произрастающих в парковой зоне. Значение вариабельной флуоресценции (Fv) (соответствующей той части энергии света, которая используется открытыми реакционными центрами в фотосинтезе и может характеризовать активность начальных стадий фотосинтеза) у деревьев, произрастающих в парковой зоне выше, чем у образцов на проспекте. Наиболее четко эта тенденция выражена у листьев Платана восточного. Уменьшение интенсивности флуоресценции часто связано с уменьшением концентрации хлорофилла, высокая фотосинтетическая активность не требуется в условиях стресса. Робиния лжеакация демонстрирует устойчивость к загрязняющим факторам среды, что обусловлено ее видовыми характеристиками. Флуоресцентные характеристики ее листьев у обоих образцов идентичны.

Рис.1. Флуоресцентные показатели листьев деревьев в зависимости от места произрастания и видовой принадлежности. - Тополь черный (Т1-проспект), (Т2-парк), – Робиния псевдоакация (Р1-проспект), (Р2-парк), – Платан восточный (П1-проспект), (П2-парк)

На рисунке 1. можно наблюдать различную чувствительность деревьев к неблагоприятным воздействиям в зависимости от видовой принадлежности. Фотосинтетическая активность листьев деревьев произрастающих в парковой зоне на 10-15% выше, чем у деревьев на проспекте. Возможно, существует корреляция между загрязненностью почвы солями тяжелых металлов и величиной относительной переменной флуоресценции хлорофилла. Результаты исследований некоторых авторов свидетельствуют, что ингибирующее действие ионов тяжелых металлов на фотосинтетические функции растений обусловлено их взаимодействием с компонентами фотосистемы II. Существует ряд экспериментальных указаний, что ионы тяжелых металлов способны модифицировать состояние кислородвыделяющего комплекса фотосистемы II на внутренней стороне тилакоидной мембраны, либо взаимодействовать со звеньями цепи транспорта электронов фотосистемы II, расположенными на внешней поверхности мембраны. Ионы Со2+ являются эффективными тушителями как замедленной, так и быстрой люминесценции хлоропластов. Эффективность их действия возрастает с увеличением концентрации. [1,4].

Условия жизнедеятельности растительного организма оказывают влияние на процессы его метаболизма, и в том числе на первичные стадии фотосинтеза. Изменение интенсивности флуоресценции зависит от целостности и функциональной активности фотосинтетического аппарата. Имеются данные о том, что в промышленных районах, где содержание в почве солей тяжелых металлов превышало допустимые нормы в 3 - 10 раз, фотосинтетическая активность хлоропластов всех видов исследованных растений достоверно уменьшалась (на 10-15 %). [4].

Отмечена зависимость между загрязненностью почвы солями тяжелых металлов и величиной замедленной флуоресценции хлорофилла древесных растений, которая характеризует физиологическое состояние объектов исследования произрастающих на территориях с различной транспортной нагрузкой. Фотосинтетическая активность листьев деревьев, произрастающих в условиях повышенной транспортной нагрузки, на 10-15 % ниже, чем у контрольных и в значительной степени зависит от видовой принадлежности.

Литература:

1. Неверова О. А. Экологическая оценка состояния древесных растений и загрязнения окружающей среды промышленного города (на примере г. Кемерово): автореф. дисс. д-ра биол. наук. М., 2004. 37 с.

2. Николаевский В. С. Биологические основы газоустойчивости растений. – Новосибирск: Наука, 1979. 275 с.

3. Сергейчик С. А. Древесные растения и оптимизация промышленной среды. Минск, 1984. 166 с.

4. Фатеева Н.Л., Климкин А.В., Бендер О.В., Зотикова А.П., Ямбуров М.С. Исследование лазерно-индуцированной флуоресценции хвойных и лиственных растений при загрязнении почвы // Оптика атмосферы и океана. 2006. -Т. 19. № 2-3.- С. 212-215

5. ЧастьVI. Экологическая обстановка в регионах. Раздел 1. Общая характеристика загрязнения окружающей среды. Удельные показатели воздействия. Электронный журнал. http://lib.unidubna.ru/search/files/.