Реферат: Влияние техногенного загрязнения территории на содержание фотосинтетических пигментов в листьях лекарственных растений кириенко Н. Н., Терлеева П. С

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ НА СОДЕРЖАНИЕ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ В ЛИСТЬЯХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ


Кириенко Н.Н., Терлеева П.С.

Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия


The authors of the article study the presence of phytosynthetic pigments in the leaves of medicinal plants: Taraxacum officinale, Plantago, Arctium lappa which grow near the metallurgical plant “Rusal Krasnoyarsk” and near transport way with high intensity. The authors prove the ability of leaves pigment compositon to be the marker of anthropogenic pollution degree.


Одними из основных загрязнителей атмосферного воздуха на нашей планете в XXI веке признаны металлургическая промышленность и автотранспорт [1, с. 351].

В городе Красноярске к металлургическим предприятиям относится ОАО «РУСАЛ Красноярск». Атмосферные выбросы полютантов от данного предприятия составляют более 80 тыс.т. в год. Среди них зарегистрировано значительное количество тяжелых металлов (свинец, кадмий, цинк и др.). От автотранспорта в атмосферу города ежегодно поступает более 100 тыс. т. полютантов, или 40% от общего количества антропогенных выбросов [2, с. 107]. В составе отработанных газов автомобильных двигателей внутреннего сгорания содержится около 280 компонентов, многие из которых по характеру воздействия являются токсичными [3, с. 238]. Атмосферные выбросы от предприятий и автотранспорта, оказывают негативное воздействие на растения, снижая содержание хлорофилла и каротиноидов, вызывая сдвиги в структуре мембран хлоропластов, что отрицательно сказывается на интенсивности фотосинтеза [4, 5].  Поскольку соотношение хлорофиллы a+b/каротиноиды обычно в норме стабильно и быстро реагирует на экстремальные факторы среды, то одним из маркеров уровня антропогенной загрязненности территории, по нашему мнению, может служить пигментный состав листьев травянистых растений.

Цель работы заключалась в изучении воздействия условий городской среды на содержание пигментов у одуванчика лекарственного, подорожника большого и лопуха большого, наиболее распространенных в регионе лекарственных растений и широко используемых как в народной, так и официальной медицине.

Исследования проводились на базе лаборатории кафедры биоэкологии и фитоценологии и Испытательного центра по контролю качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Образцы почвы и растительного сырья отбирались в трех районах г. Красноярска, характеризующихся различной степенью антропогенного загрязнения. Первый район – северо-восточная часть (роза ветров в данном направлении) санитарно-защитной зоны ОАО «РУСАЛ Красноярск», второй – зона сильного автотранспортного загрязнения - ул. Высотная (интенсивность движения более 80000 автомашин в сутки), третий район – экологически чистая зона – микрорайон Ветлужанка (контроль).

Классификация районов основывалась на данных Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды МПР России по Красноярскому краю по экологической ситуации региона на 1. 01. 2007 года.

Сбор растительного сырья производился с 1 по 7 июня (одуванчик лекарственный) и с 7 по 17 июля (лопух большой, подорожник большой) с 20 пробных площадок в каждом районе исследования, одновременно отбирались образцы почвы на глубине от 0 до 20 см. Пробные площадки в районах ОАО «РУСАЛ-Красноярск» и микрорайон Ветлужанка находились в 500 м от дороги, а ул. Высотной - от 0 до 20 м.

Содержание тяжелых металлов в образцах почвы и растениях определялся атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре AAS-30 фирмы Karl Ceis Jena. Анализ проводился в соответствии с ГОСТ 27996 – 88. Извлечение подвижной формы тяжелых металлов из почвы проведено ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 по методу Крупского-Александровой. Пигменты определяли экстракцией свежего растительного материала 100% ацетоном спектрофотометрическим методом. Концентрацию хлорофиллов и каротиноидов рассчитывали по формуле Веттштейна.

Установлено существенное влияние антропогенной загрязненности биотопа на концентрацию тяжелых металлов в почве и растениях (табл.1.). Так, в санитарно-защитной зоне ОАО «РУСАЛ Красноярск» по сравнению с экологически чистым районом (мкр. Ветлужанка) содержится больше свинца и кадмия: в почве - в 2,2 и 2,4 раза, в одуванчике – в 5,2 и 1,9 раза соответственно. Превышение ПДК по свинцу в растительном сырье составило 3,8 раза.

Интенсивное автотранспортное движение еще более сильно повлияло на аккумуляцию тяжелых металлов в почве и растениях. Так, в районе ул. Высотной, по сравнению с Ветлужанкой, содержится больше свинца и кадмия: в почве - в 6,1 и 1,8 раза, в подорожнике большом – в 15,0 и 2,1 раза, в лопухе большом - в 7,4 и 2,0 раза соответственно. В районе автотрассы превышение ПДК по свинцу составило в почвенных образцах 3,2 раза, в подорожнике – 9,7 раза, в лопухе - 5,4 раза; по кадмию в подорожнике – в 2,1 раза и в лопухе - в 2,4 раза.


Район

исследования

Рb

Cd

Zn

Cu

Fe

Почва

I (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)


6,956


0,069


1,315


4,493


712,247

II (ул. Высотная)

18,956

0,052

3,315

5,493

1512,347

III (контроль)

3,125

0,029

3,843

6,949

1659,823

ПДК

6,0

0,5

23,0

3,0

-

Одуванчик лекарственный

I (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)


1,913


0,236


3,418


17,648


528,693

II (ул. Высотная)

-*

-*

-*

-*

-*

III (контроль)

0,369

0,122

2,882

17,246

373,696

Подорожник большой

I (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)

-*

-*

-*

-*

-*

II (ул. Высотная)

4,825

0,209

24,18

22,318

428,495

III (контроль)

0,321

0,098

28,82

27,415

479,596

Лопух большой

I (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)

-*

-*

-*

-*

-*

II (ул. Высотная)

2,715

0,246

2,418

12,648

528,691

III (контроль)

0,369

0,122

2,882

17,545

373,695

ПДК

0,5

0,1

50,0

-

-

* Лабораторные исследования не завершены

Таблица 1 -Содержание подвижных форм химических элементов в почве и растительном сырье в зависимости от района исследования, мг/кг


При изучении содержания фотосинтетических пигментов в листьях лекарственных растений, установлено, что антропогенное загрязнение окружающей среды вызывает существенные нарушения в пигментном комплексе. Наблюдается достоверное снижение уровня хлорофилла а и каротиноидов в листьях изучаемых растений (табл. 2). Хлорофилл b, входящий в светособирающий комплекс, более устойчив к влиянию полютантов. Действие ионов металлов на растения, помимо снижения общей суммы пигментов, проявляется и в форме изменения соотношения пигментов в листьях. Так, в листьях одуванчика соотношение «хлорофилл а: хлорофилл b» под воздействием атмосферных выбросов металлургического предприятия уменьшилось в 1,2 раза, автомобилей – в 1,28, при этом произошло увеличение значений соотношения «хлорофиллы (а+b): каротиноиды» соответственно на 6,6 и 12,2%. Аналогичная картина наблюдалась и у других изучаемых растений. При этом реакция пигментного фонда была более выраженной у растений произрастающих вблизи автотрассы. Разница между районами исследований по изучаемым показателям достоверна (Р>0,95).

Изменения в пигментной системе изучаемых растений, по-видимому, связаны с ингибированием биосинтеза молекул пигментов под влиянием полютантов.



Определяемый

показатель

Район исследования

I (ОАО «РУСАЛ Красноярск»)

II

(ул. Высотная)

III

(контроль)

Одуванчик лекарственный

хлорофилл а: хлорофилл b

3,43±0,014

3,22±0,015

4,12±0,011

хлорофиллы:каротиноиды

3,85±0,011

4,05±0,019

3,61±0,01

Подорожник большой

хлорофилл а: хлорофилл b

-*

2,24±0,023

3,12±0,016

хлорофиллы:каротиноиды

-*

3,06±0,015

2,72±0,017

Лопух большой

хлорофилл а: хлорофилл b

-*

3,57±0,034

4,66±0,021

хлорофиллы:каротиноиды

-*

2,98±0,013

2,6±0,087

* Лабораторные исследования не завершены

Таблица 2 - Влияние загрязненности биотопа на соотношения

«хлорофилл а: хлорофилл b» и «хлорофиллы (а+b): каротиноиды» в

листьях лекарственных растений


Таким образом, загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами вызывает нарушения в пигментном комплексе растений, при этом происходит снижение уровня хлорофилла а и каротиноидов в листьях изучаемых растений, а соотношение «хлорофилл а: хлорофилл b»уменьшается в 1,2-1,3 раза. Следовательно, одним из маркеров уровня антропогенной загрязненности территории может служить пигментный состав листьев травянистых растений.


Литература

Ермаков, В.В. Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. Биогеохимическая эволюция таксонов биосферы в условиях техногенеза / В.В. Ермаков. – М.: Наука, 2003. – 351 с.

Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Красноярского края в 2006 году. – Красноярск, 2007. – 132 с.

Луканин, В.Н. Экологические действия автомобильных двигателей на окружающую среду. / В.Н. Луканин, Ю.В. Трофименко. Итоги науки и техники. – М.: ВИНИТИ, 1993. – 238 с.

Артамонов, В.И. Растения и чистота природной среды / В.И. Артамонов. - М.: Наука, 1986.-172 с.

Lichtenthaler N.K. Chlorophylls and carotenoids – pigments of photosynthetic biomembranes // Methods in еnzymology. Vol. 148 / Eds. S.P. Colowick, N.O. Kaplan. San Diego: Acad. Press, 1987. P. 350-382.