CC BY
66
4. Заделенов В.А., Белов М.А. Антропогенное влияние на нельму Stenodus leucichthys nelma (Pallas) ени-
сейской популяции // Современное состояние водных биоресурсов: мат-лы Междунар. конф. - Новосибирск, 2008. - С. 228-233.
5. Плохинский Н.А. Математические методы в биологии. - М.: Изд-во МГУ, 1978. - 265 с.
6. Подлесный А.В. Рыбы р. Енисея, условия их обитания и использования // Изв. ВНИОРХ. - М.: Пище-
мпромиздат, 1958. - Т. 44. - 192 с.
7. Правдин И.Ф. Руководство по изучению рыб. - М., 1966. - 376 с.
---------♦'----------
УДК 581.132.1:581.174.1 Е.Н. Заворуева, В.В. Заворуев
ДИНАМИКА ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ И КОНЦЕНТРАЦИИ ХЛОРОФИЛЛОВ ЛИСТЬЕВ БЕРЕЗ, РАСТУЩИХ ВБЛИЗИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Величина отношения дальней красной к красной флуоресценции хлорофилла листьев берез, растущих вблизи автомобильных дорог, коррелирует с интенсивностью транспортного потока, а концентрация хлорофилла определяется температурным фактором.
Ключевые слова: флуоресценция, хлорофилл, береза, автотранспорт.
E.N. Zavoruyeva, V.V. Zavoruyev DYNAMICS OF FLUORESCENSE AND CHLOROPHYLL CONCENTRATIONS IN THE BIRCH LEAVES GROWING NEAR THE ROADS
The ratio value of far-red to red chlorophyll fluorescence of birch leaves growing near the roads correlates with the intensity of traffic flow, and chlorophyll concentration is determined by the temperature factor.
Key words: fluorescence, chlorophyll, birch, motor transport.
Город Красноярск - крупный промышленный центр с уникальными природными и климатическими особенностями, вызванными условиями рельефа и термической неоднородностью местности. Красноярск входит в число городов, в которых уровень загрязнения воздуха по комплексному показателю индекса загрязнения атмосферы (ИЗА5) оценивается как «очень высокий». В 2008 году ИЗА5 составил 15,31 [1].
Одним из основных источников загрязнения воздуха г. Красноярска является автотранспорт. Эксплуатация морально и технически устаревшего автотранспорта, неудовлетворительное состояние автомобильных дорог, увеличение транспортных потоков способствовали возрастанию загрязнения отработавшими газами воздуха. Причиной повышенного загрязнения окружающей среды от автотранспорта является также низкое качество бензина. В 2008 году общее количество выбросов от автомобилей составило 122760 т, в том числе сажи - 416 т, оксида углерода - 81299 т, оксида азота - 25464 т, диоксида серы - 1442 т, летучих органических соединений - 14136 т. Доля выбросов от автотранспорта в общем количестве выбросов по городу составила 44,2 % [2].
На растения, произрастающие вблизи автодорог, воздействуют повышенные концентрации токсических веществ. Интенсивность их влияния коррелирует с величиной вариабельной флуоресценции листьев деревьев [3]. Этот параметр характеризует адаптационное приспособление фотосинтетического аппарата растений к условиям окружающей среды. Однако по вариабельной флуоресценции ничего невозможно сказать о структурно-функциональных перестройках в растениях. Получить такую информацию можно с помощью другого люминесцентного параметра. Известно, что величина отношения дальней красной к красной флуоресценции (Р734/Рб82) хлорофилла листьев растений отражает концентрацию реакционных центров первой фотосистемы (РЦ I) [4]. Количество РЦ I изменяется в зависимости от физико-химических условий окружающей среды [5]. В частности, показано, что величина параметра Р734/Рб82 уменьшается при выращивании растений в присутствии тяжелых металлов [6].
В связи с вышесказанным, цель работы состояла в том, чтобы по флуоресцентному параметру F734/F682 и концентрации хлорофиллов оценить влияние выбросов автотранспорта на фотосинтетический аппарат листьев деревьев, произрастающих вблизи городских автомагистралей.
Материал и методы исследования
Объектом исследования являлись листья березы повислой (Betula pendula Roth). Пробы собирали в мае-октябре 2008 года. Отбор проб осуществляли с деревьев, произрастающих на трех придорожных участках.
Контрольные деревья располагались вблизи дороги с низкой интенсивностью движения машин (около 100 авто/ч). Участок №1 расположен на высоте 312,5 м над уровнем моря в районе Сибирского федерального университета.
Деревья на участке №2 росли вблизи перекрестка с высокой интенсивностью движения (более 4200 авто/ч). Перекресток (пересечение улицы Высотная и проспекта Свободный) расположен в Октябрьском районе на высоте 202, 5 м над уровнем моря.
Березы на участке №3 испытывали влияние автотранспортного потока с интенсивностью движения (около 2100 авто/ч). Участок расположен на высоте 159 м над уровнем моря вблизи пересечения улицы Профсоюзов с проспектом Ленина.
Методика измерения параметров интенсивности флуоресценции хлорофилла листьев деревьев дана в работе [7], описание флуориметра - в работе [8].
Перед регистрацией флуоресценции высечки листьев деревьев выдерживали в темноте в чашке Петри с влажной фильтровальной бумагой в течение 10-15 мин [9].
Фотосинтетические пигменты из листьев экстрагировали 96%- этанолом, концентрации пигментов определяли спектрофотометрически, используя коэффициенты экстинкции [10].
Результаты и их обсуждение
Динамика изменения параметра F734/F682 для листьев берез, растущих в различных экологических условиях, показана на рисунке 1.
Листья берез, растущих вблизи автомобильных дорог с интенсивным движением (участки №2 и 3), характеризуются высокими значениями параметра F734/F682 по сравнению с контрольными величинами (участок №1). Для участка №2, где поток автомобилей более 4200 авто/ч, достоверные различия наблюдаются в течение всей вегетации, кроме периода с 16 июля по 12 августа. На участке №3 различий не наблюдалось в более продолжительный период - с 21 июня по 19 августа. На этом участке интенсивность движения составляет около 2100 авто/ч.
Дата
Рис. 1. Динамика изменения дальней красной к красной флуоресценции хлорофилла листьев берез,
растущих в различных экологических условиях
Дата
Окончание рис. 1
Поскольку параметр F734/F682 характеризует количество реакционных центров первой фотосистемы [4], то можно сделать предположение, что выбросы автомобильных двигателей приводят к увеличению их концентрации в листьях берез.
Увеличение количества РЦ I в листьях могло вызвать различия в температурных условиях в местах произрастания берез. Термические различия обусловлены двумя причинами. Во-первых, участки располагаются на различной высоте над уровнем моря. Во-вторых, участки №2 и 3 располагаются в так называемых «островах тепла», причем зона №3 теплее, чем зона №2. В «островах тепла» температура воздуха была выше, чем контроле, почти на четыре и два градуса соответственно.
Известно, что с повышением температуры увеличивается содержание хлорофиллов в растениях [11]. На рисунке 2 показана динамика концентрации суммы хлорофиллов в листьях исследуемых берез, растущих в различных температурных условиях.
Дата
Рис. 2. Динамика изменения концентрации суммы хлорофиллов в листьях берез, растущих в различных
экологических условиях
Полученные результаты находятся в полном соответствии с литературными данными. Концентрация суммы хлорофиллов была выше в листьях деревьев, произрастающих на более теплом участке (№3), и была наименьшей у берез, растущих в холодных условиях (участок №1).
Анализируя данные, представленные на рисунках 1 и 2, можно сделать заключение, что температурный фактор не является определяющим для усиления биосинтеза реакционных центров первой фотосистемы. Действительно, наибольшее количество достоверных различий величин параметра F734/F682 наблюдается на кривой, характеризующей участок №2, а самые высокие концентрации хлорофиллов зарегистрированы в листьях берез, растущих на участке №3.
Таким образом, интенсивное движение автотранспорта и, следовательно, высокое содержание выбросов разнообразных веществ от двигателей машин, приводят к тому, что в растениях возрастает концентрация РЦ I.
Влияние температурного фактора на содержание реакционных центров первой фотосистемы в листьях сельскохозяйственных растений четко проявляется в том, что при температурах ниже 7-8 оС концентрация РЦ I резко уменьшается [12]. Динамика параметра F734/F682 (рис. 1) и изменение минимальной температуры на контрольном участке в течение периода наблюдения (рис. 3) свидетельствуют о том, что для деревьев эта закономерность сохраняется. Резкое падение параметра F734/F682, а значит и концентрации РЦ I, наблюдается со средины августа, когда минимальные температуры ниже 5 оС.
Рис. 3. Изменение температуры в городе Красноярске с мая по октябрь 2008 года
Ранее было показано, что антропогенное воздействие на листья деревьяев вызывает уменьшение величины параметра F734/F682 по сравнению с контролем [6]. Для листьев берез, растущих вблизи дорог с интенсивным автомобильным движением, такая закономерность не сохраняется. Причина различия может заключаться в том, что на фоне многочисленных токсических веществ, выбрасываемых автомобильными двигателями, в атмосферу поступает компонент, который благоприятно влияет на фотосинтез деревьев. Таковым компонентом может быть диоксид углерода - основной и самый массовый продукт сгорания автомобильного топлива. Высокие концентрации СО2 наблюдаются вблизи автомагистралей [13]. Загрязнение атмосферы диоксидом углерода, вероятно, приводит к адаптационной перестройке в фотосинтетическом аппарате в листьях берез - увеличению концентрации РЦ I.
Подтверждением сделанного предположения является то, что содержание реакционных центров первой фотосистемы в листьях Nicotiana tabacum увеличивается при повышении концентрации диоксида углерода и снижении концентрации кислорода [14]. Более того, на культурах Chlorococcum littorale и Chlorella sp. показано увеличение флуоресцентного параметра F734/F682 при аэрации суспензии воздухом с высоким содержанием СО2 [15].
Таким образом, среди многочисленных веществ, выбрасываемых двигателями автомобилей, диоксид углерода может оказывать существенное влияние на фотосинтетический аппарат берез, увеличивая концентрацию РЦ I в листьях.
Литература
1. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2008 году». - М., 2009. - 488 с.
2. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Красноярском крае за 2008 год». - Красноярск, 2009. - 226 с.
3. Использование флуоресценции хлорофилла для контроля физиологического состояния зеленых насаждений в городских экосистемах / П.С. Венедиктов [и др.] // Биофизика. - 1999. - Т. 44. - С. 1037-1047.
4. Заворуева Е.Н., Заворуев В.В. Корреляция концентрации реакционных центров первой фотосистемы с величиной отношения дальней красной и красной флуоресценции хлорофилла фототрофов // Оптика атмосферы и океана. - 2008. - Т. 21. - № 7. - С. б48-650.
5. Заворуев В.В., Заворуева Е.Н. Флуоресценция хлорофилла а в листьях растений огурца, выращенных при непрерывном и естественном освещении // Докл. РАН. - 2001. - Т. 379. - № 5. - С. 691-693.
6. Заворуева Е.Н., Заворуев В.В. Флуоресцентный мониторинг фотосинтетического аппарата мелколиственных деревьев при антропогенном воздействии // Оптика атмосферы и океана. - 2006. - Т. 19. -№ 4. - С. 319-321.
7. Zavoruev V.V., Zavorueva E.N., Shelegov A.V. Fluorescence of Cucumber Leaves Induced within the Pho-toexcition Wavelength Range 380-540 nm and Its Dependence on Vegetation Time and Illumination Regime // Biofizika. - 2000. -V. 45. - № 4. - P. 704-711.
8. Заворуев В.В., Шелегов А.В., Заворуева Е.Н. Двухволновой флуориметр для исследования люминесценции растений. - Красноярск, 1995. - 22 с. (препринт № 226 Б / ИБФ СО РАН).
9. Lichtenthaler H.K., Rindler U. The Role of Chlorophyll Fluorescence in Letection Stress Condition in Plants // CRC Crit. Rev. Anal. Chem. - 1988. - V. 19. - S. 1. - S. 29-85.
10. Wintermans I.F., De Mots A. Spectrophotometric Characteristics of Chlorophyll a and b their Pheophytins in Ethanol // Biochim. Biophys. Acta. - 1965. - V. 109. - P. 448-453.
11. Temperature Dependence of Growth, Development, and Photosynthesis in Maize under Elevated CO2 /
S.-H. Kima [et al.] // Environmental and Experimental Botany. - 2007. - V. 61. - P. 224-236.
12. Sonoike K. Various Aspects of Inhibition of Photosynthesis under Light / Chilling Stress: Photoinhibition at Chilling Temperatures versus Chilling Damage in the Light // J. Plant Res. - 1998. - V. 111. - P. 121-129.
13. Буренин Н.С. Некоторые результаты наблюдений за загрязнением воздуха на автомагистралях // Тр. ГГО. - 1974. - Вып. 314. - С. 136-147.
14. Peterson R.B. Effects of O2 and CO2 Concentration on Quantum Yields of Photosystems I and II in Tobacco Leaf Tissue // Plant Physiol. - 1991. - V. 97. - P. 1388-1394.
15. Saton A., Kurano N., Senger H., Miyachi S. Regulation of Energy Balance in Photosystems in Response to Change in CO2 Concentrations and Light Intensities during Growth in Extremely-High-CO2-Tolerant Green Microalgae // Plant Cell Physiology. - 2002. - V. 43. - № 4. - P. 440-451.
УДК 631.81:546.48 Е.Н. Конышева, С.Ю. Шекк
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕТОКСИКАНТОВ КАДМИЯ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ
Изучено влияние фитотоксичности кадмия в условиях микрополевого опыта на хозяйственно ценные признаки зерновых культур. Установлены наиболее эффективные детоксиканты при выращивании ярового ячменя и пшеницы при высоком уровне загрязнения почв кадмием.
Ключевые слова: кадмий, детоксиканты, гумат натрия, суперфосфат, катионит, птичий помет, структура урожая, ячмень, пшеница.
E.N. Konysheva, S.Yu. Shekk
ESTIMATION OF CADMIUM DETOXICANT APPLICATION EFFICIENCY FOR GRAIN CROP CULTIVATION IN THE FIELD CONDITIONS
Cadmium phytotoxicity influence in the microfield experiment conditions on the economic valuable properties of grain crops is researched. The most effective detoxicants in the process of summer barley and wheat cultivation at high level soil pollution by cadmium are determined.
Key words: cadmium, detoxicants, sodium humate, superphosphate, cationite, bird dung, crop structure, barley, wheat.
Защита окружающей среды от загрязнения в условиях интенсивного антропогенного воздействия на объекты биосферы является глобальной экологической проблемой. Нарушение экологического равновесия в природе сказывается на таких важных составляющих агроэкосистемы, как почва и растения. Одним из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды по токсичности, подвижности, способности накапливаться в пищевых цепях является кадмий [1-3]. Увеличение загрязнения окружающей среды кадмием вызывает необходимость изучения влияния высоких концентраций кадмия на живые организмы [4, 5]. Период полу-
