Содержание фенольных соединений в лишайниках в зонах тектонических разломов. С. 198–213

УДК

582.29:550.47

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-4-198-213

Аннотация

Изучено влияние геоэкологических факторов на территории 2 тектонических узлов: Вельско-Устьянского и Холмогорского – на содержание фенольных соединений в лишайниках рода Cladonia. Отбор лишайников произведен на пробных площадях, заложенных в центре узлов и за их пределами (контроль). Геохимическая обстановка, почвенно-климатические и экологические условия в зоне тектонических узлов оказывают влияние на химический состав лишайников. Установлено, что зольность лишайников, произрастающих в центре тектонического узла, в 1,8…2,3 раза выше, чем в контроле. Это свидетельствует о значительном накоплении литогенных элементов в талломах лишайников в зоне тектонических разломов. На территории тектонических узлов лишайники подвергаются многофакторным негативным воздействиям (повышенные радиационный фон и тепловой поток, электромагнитное излучение, электрическое и магнитное поля и др.), что провоцирует избыточное генерирование активных кислородных радикалов и способствует перестройке метаболизма лишайников, изменяя динамику накопления фенольных соединений и их биосинтез. Обнаружено, содержание водонерастворимой фракции фенольных соединений в лишайниках увеличивается от контрольной точки к центру тектонического узла. При этом относительная доля водорастворимой фракции в составе общих фенольных соединений снижается. Вероятно, это связано с усилением окислительных и уменьшением восстановительных процессов в лишайниках под влиянием негативных условий. Показано, что биосинтез фенольных соединений в лишайниках наиболее активен в весенне-летний (апрель, июль) период вегетации. Воздействие геоэкологических факторов усиливает биосинтез вторичных метаболитов фенольной природы в лишайниках в условиях тектонических узлов: усниновой кислоты и атранорина. Содержание усниновой кислоты в составе водонерастворимой фракции ФС в лишайниках, произрастающих в центре тектонического узла, в 1,5…1,7 раза выше в весенне-летний период вегетации, чем в лишайниках, произрастающих за пределами тектонического узла. Количественное распределение водонерастворимой фракции фенольных соединений зависит от зоны таллома лишайника и носит градиентный характер: содержание водонерастворимых фенольных соединений в верхних растущих частях лишайников, произрастающих в центре тектонического узла и в контроле, соответственно в 2 и 1,7 раза выше, чем в старых зонах. Таким образом, фенольные соединения в лишайниках являются активными метаболитами, и их содержание в талломах может служить биомаркером состояния окружающей среды.
Благодарности: Исследования проведены в ходе выполнения государственного задания ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН ФНИ 2018–2021 г. «Физико-химические, генетические и морфологические основы адаптации растительных объектов в условиях изменяющегося климата высоких широт» (№ государственной регистрации АААА-А18-118012390231-9) с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» (САФУ) и ЦКП НО «КТ РФ в области экологической безопасности Арктики» (ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН).

Сведения об авторах

И.А. Паламарчук, канд. хим. наук, ст. науч. сотр.; ResearcherID: AAF-5454-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2947-1370
М.Е. Белоусова^*, мл. науч. сотр.; ResearcherID: AAL-7068-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6099-1358
О.С. Бровко, канд. хим. наук, вед. науч. сотр., доц.; ResearcherID: AAF-5387-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1961-7831
В.В. Старицын, канд. с.-х. наук, науч. сотр.; ResearcherID: J-3588-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6891-1247
А.Д. Ивахнов, канд. хим. наук, ст. науч. сотр.; ResearcherID: U-4822-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2822-9192
А.А. Слобода, мл. науч. сотр.; ResearcherID: AAL-3955-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1415-9050
Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН, наб. Северной Двины, д. 23, г. Архангельск, Россия, 163000; irpalamarchuk@mail.ru, marinabelousovae@yandex.ru*, brovko-olga@rambler.ru, Corwin87@mail.ru, ivahnov-tema@yandex.ru, sloboda.iepn@yandex.ru

Ключевые слова

лишайники, Cladonia, тектонический узел, фенольные соединения, лишайниковые кислоты, водонерастворимые фенольные соединения, водорастворимые фенольные соединения, усниновая кислота, атранорин, Вельско-Устьянский тектонический узел

Для цитирования

Паламарчук И.А., Белоусова М.Е., Бровко О.С., Старицын В.В., Ивахнов А.Д., Слобода А.А. Содержание фенольных соединений в лишайниках в зонах тектонических разломов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 198–213. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-198-213

Литература

1. Абдрахимова Й.Р., Валиева А.И. Вторичные метаболиты растений: физиологические и биохимические аспекты. Ч. 3. Фенольные соединения. Казань: Казан. ун-т, 2012. 40 с. Abdrakhimova Y.R., Valiyeva A.I. Secondary Plant Metabolites: Physiological and Biochemical Aspects. Part 3. Phenolic Compounds. Kazan, Kazan University Publ., 2012. 40 p. (In Russ.).

2. Беляев В.В., Неверов Н.А., Старицын В.В., Бойцова Т.А. Свойства некоторых компонентов фитоценозов, произрастающих на территориях тектонических узлов (Архангельская область) // Вестн. КрасГАУ. 2018. № 4. С. 197–204. Belyaev V.V., Neverov N.A., Staritsyn V.V., Boytsova T.A. Properties of Some Components of Phytocenoses Growing on the Territory of Tectonic Knots (Arkhangelsk Region). The Bulletin of KrasGAU, 2018, no. 4, pp. 197–204. (In Russ.).

3. Боярских И.Г., Куликова А.И. Изменчивость цитогенетических характеристик в популяции Lonicera caerulea (жимолости синей) в зоне активных разломов // Экол. генетика. 2017. Т. 15, № 2. С. 62–70. Boyarskikh I.G., Kulikova A.I. Variability of Cytogenetic Disturbances in Lonicera caerulea (Blue Honeysuckle) Population in аn Active Fault Zone. Ecological Genetics, 2017, vol. 15, no. 2, pp. 62–70. (In Russ.). https://doi.org/10.17816/ecogen15262-70

4. Бровко О.С., Паламарчук И.А., Слобода А.А., Бойцова Т.А., Гагушкина А.А., Вальчук Н.А. Влияние стрессовых воздействий на компонентный состав лишайников рода Сladonia Евроарктического региона // Успехи современного естествознания. 2016. № 8. С. 20–24. Brovko O.S., Palamarchuk I.A., Sloboda A.A., Boytsova T.A., Gagushkina A.A., Valchuk N.A. The Influence of Stress Factors on the Chemical Composition of Lichens Genus Сladonia of Euro-Arctic Region. Advances in Current Natural Sciences, 2016, no. 8, pp. 20–24. (In Russ.). https://doi.org/10.17513/use.36072

5. Вайнштейн Е.А. Лишайниковый симбиоз и физиолого-биохимическая регуляция взаимоотношений грибного и водорослевого компонентов: дис. ... д-ра биол. наук. Л., 1987. 234 с. Weinstein E.A. Lichen Symbiosis and Physiological and Biochemical Regulation of the Relationship between Fungal and Algal Components: Dr. Biol. Sci. Diss. Leningrad, 1987. 234 p. (In Russ.).

6. Ванштейн Е.А., Тахтаджян Е.А. Физиологические изменения у лишайниковой водоросли Trebuxia при культивировании // Физиология растений. 1981. Т. 28, № 5. С. 1037–1044. Weinstein E.A., Takhtadzhyan E.A. Physiological Changes in the Lichen Alga Trebuxia during Cultivation. Fiziologiya rastenij = Soviet Plant Physiology, 1981, vol. 28, no. 5, pp. 1037–1044. (In Russ.).

7. Воскресенская О.Л., Алябышева Е.А., Половникова М.Г. Большой практикум по биоэкологии. Ч. 1. Йошкар-Ола: МарГУ, 2006. 107 с. Voskresenskaya O.L., Alyabysheva E.A., Polovnikova M.G. Great Workshop on Bioecology. Part 1. Yoshkar-Ola, MarSU Publ., 2006. 107 p. (In Russ.).

8. Загоскина Н.В., Николаева Т.Н., Лапшин П.В., Заварзин А.А., Заварзина А.Г. Водорастворимые фенольные соединения у лишайников // Микробиология. 2013. Т. 82, № 4. С. 434–441. Zagoskina N.V., Nikolaeva T.N., Lapshin P.V., Zavarzin A.A., Zavarzina A.G. Water-Soluble Phenolic Compounds in Lichens. Mikrobiologiya = Microbiology, 2013, vol. 82, no. 4, pp. 434–441. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0026365613030166

9. Загоскина Н.В., Николаева Т.Н., Лапшин П.В., Заварзина А.Г., Заварзин А.А. О содержании фенольных соединений в различных видах лишайников Кольского полуострова // Химия растит. сырья. 2011. № 4. С. 245–249. Zagoskina N.V., Nikolaeva T.N., Lapshin P.V., Zavarzina A.G., Zavarzin A.A. On the Content of Phenolic Compounds in Various Lichen Species of the Kola Peninsula. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2011, no. 4, pp. 245–249. (In Russ.).

10. Каплин В.Г. Биоиндикация состояния экосистем. Самара: Самар. ГСХА, 2001. 143 с. Kaplin V.G. Bioindication of the Ecosystems State. Samara, Samarskaya GSKhA Publ., 2001. 143 p. (In Russ.).

11. Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б. Иерархический ряд проявлений щелочно-ультраосновного магматизма Архангельской алмазоносной провинции. Их отражение в геологогеофизических материалах. Архангельск: Правда Севера, 2004. 233 с. Kutinov Yu.G., Chistova Z.B. Hierarchical Series of Manifestations of Alkaline-Ultrabasic Magmatism of the Arkhangelsk Diamond-Bearing Province. Their Representation in Geological and Geophysical Data. Arkhangelsk, Pravda Severa Publ., 2004. 233 p.(In Russ.).

12. Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Беляев В.В., Бурлаков П.С. Влияние тектонических нарушений (дегазация, наведенные токи, вариации) севера Русской плиты на окружающую среду (на примере Архангельской области) // Вестн. КРАУНЦ. Науки о Земле. 2009. Т. 2, № 14. С. 77–89. Kutinov Yu.G., Chistova Z.B., Belyaev V.V., Burlakov P.S. The Northern Part of the Russian Plate: Effects of the Tectonic Structures on the Environment (Case Study for Arkhangelsk Region). Vestnik Kamchatskoy regional’noy assotsiatsii “Uchebno-nauchnyy tsentr”. Seriya: Nauki o Zemle = Bulletin of Kamchatka Regional Association “Educational-Scientific Center”. Earth Sciences, 2009, vol. 2, no. 14, pp. 77–89. (In Russ.).

13. Литосфера и гидросфера европейского Севера России. Геоэкологические проблемы / отв. ред. Ф.Н. Юдахин. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. 407 с. Lithosphere and Hydrosphere of the European North of Russia. Geoecological Problems. Ed. by F.N. Yudahin. Yekaterinburg, UB RAS Publ., 2001. 407 p. (In Russ.).

14. Лыскова Н.С., Базарнова Ю.Г., Кручина-Богданов И.В. Изучение состава и свойств вторичных метаболитов лишайника Usnea barbata // Химия растит. сырья. 2018. № 1. С. 121–127. Lyskova N.S., Bazarnova Iu.G., Kruchina-Bogdanov I.V. Study of the Composition and Properties of Secondary Metabolites of Lichen Usnea barbata. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2018, no. 1, pp. 121–127. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2018011966

15. Малов А.И., Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Беляев В.В., Гофаров М.Ю., Полякова Е.В., Старицын В.В., Дурынин С.Н., Минеев А.Л., Антоновская Г.Н., Капустян Н.К., Ваганова Н.В., Морозов А.Н., Конечная Я.В. Фундаментальные основы экологически безопасных технологий освоения природных ресурсов Западно-Арктического сектора Российской Федерации. Ч. 2 // Георесурсы, геоэнергетика, геополитика. 2014. № 1(9). Режим доступа: http://oilgasjournal.ru/vol_9/malov2.html (дата обращения: 20.04.20). Malov A.I., Kutinov Y.G., Chistova Z.B., Beljaev V.V., Gofarov M.Y., Polyakova E.V., Staritsyn V.V., Durynin S.N., Mineev A.L., Antonovskaya G.N., Kapustian N.K., Vaganova N.V., Morozov A.N., Konechnaya Ya.V. Fundamentals of Environmentally-Sound Mastering Technologies for Natural Resources of the Western Arctic Sector of the Russian Federation. Part 2. Georesources, Geoenergetics, Geopolitics, 2014, no. 1(9). (In Russ.).

16. Мейчик Н.Р., Любимова Е.Г. Ионообменные свойства клеточной стенки кустистого лишайника Cladonia rangiferina // Физиология растений. 2010. Т. 57, № 2. C. 273–279. Meychik N.R., Lyubimova E.G. Ion-Exchange Properties of the Cell Wall of the Reindeer Lichen Cladonia rangiferina. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 2010, vol. 57, no. 2, pp. 273–279. (In Russ.).

17. Моисеева E.H. К вопросу о локализации ферментов и лишайниковых кислот в слоевище лишайников // Ботан. журн. 1959. Т. 44, № 8. С. 1128–1134. Moiseeva E.N. On the Localization of Enzymes and Lichen Acids in Thallus of Lichens. Botanicheskii Zhurnal, 1959, vol. 44, no. 8, pp. 1128–1134. (In Russ.).

18. Паламарчук И.А., Бровко О.С., Беляев В.В., Боголицын К.Г., Бойцова Т.А., Жильцов Д.В., Слобода А.А., Вальчук Н.А. Влияние геоэкологических факторов среды на биохимические показатели лишайников на территории Вельско-Устьянского тектонического узла (Архангельская область) // Химия растит. сырья. 2018. № 4. С. 215–224. Palamarchuk I.A., Brovko O.S., Belyaev V.V., Bogolitsyn K.G., Boitsova T.A., Zhiltsov D.V., Sloboda A.A., Valchuk N.A. Influence of the Environmental Geoecological Factors on the Biochemical Indicators of Lichens in the Territory of the Velsk-Ustyansk Tectonic Node (Arkhangelsk Region). Khimija Rastitel’nogo Syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2018, no. 4, pp. 215–224. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2018043803

19. Прусакова Л.Д., Кефели В.И., Белопухов С.Л., Вакуленко В.В., Кузнецова С.А. Роль фенольных соединений в растениях // Агрохимия. 2008. № 7. С. 86–96. Prusakova L.D., Kefeli V.I., Belopukhov S.L., Vakulenko V.V., Kuznetsova S.A. Role of Phenolic Compounds in Plants. Agrohimia = Eurasian Soil Science, 2008, no. 7, pp. 86–96. (In Russ.).

20. Равинская А.П., Вайнштейн Е.А. Влияние некоторых экологических факторов на содержание лишайниковых веществ // Экология. 1975. № 3. C. 82–85. Ravinskaya A.P., Weinstein E.A. Influence of Some Environmental Factors on the Content of Lichen Substances. Ekologia = Russian Journal of Ecology, 1975, no. 3, pp. 82–85. (In Russ.).

21. Равинская А.П., Вайнштейн Е.А. Хемотаксономическое значение изменений содержания лишайниковых кислот // Новости систематики низших растений. 1975. Т. 12. С. 266–273. Ravinskaja A.P., Vainschtein E.A. Chemotaxonomic Significance of Changes in the Content of Lichen Acids. Novosti sistematiki nizshikh rastenii, 1975, vol. 12, pp. 266–273. (In Russ.).

22. Соколов Д.Н., Лузина О.А., Салахутдинов Н.Ф. Усниновая кислота: получение, строение, свойства и химические превращения // Успехи химии. 2012. Т. 81, № 8. С. 747–768. Sokolov D.N., Luzina O.A., Salahutdinov N.F. Usnic Acid: Preparation, Structure, Properties and Chemical Transformations. Uspekhi Khimii = Russian Chemical Reviews, 2012, vol. 81, no. 8, pp. 747–768. (In Russ.).

23. Толпышева Т.Ю., Шишконакова Е.А. Лишайники природного парка «Нумто». Краткий определитель. Екатеринбург: Ассорти, 2018. 187 с. Tolpysheva T.Yu., Shishkonakova E.A. Lichens of the Natural Park “Numto”. A Short Determinant. Yekaterinburg, Assorti Publ., 2018. 187 p. (In Russ.).

24. Шевченко В.П., Стародымова Д.П., Кутенков С.А., Виноградова А.А., Гордеев В.В., Демина Л.Л., Иванова Ю.А., Филиппов А.С. Содержание тяжелых металлов в кустистых эпифитных лишайниках Карелии как индикатор атмосферного переноса загрязняющих веществ // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 3. Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=4692 (дата обращения: 19.04.20). Shevchenko V.P., Starodymova D.P., Kutenkov S.A., Vinogradova A.A., Gordeev V.V., Demina L.L., Ivanova Yu.A., Filippov A.S. Contents of Heavy Metals in Fruticose Epiphytic Lichens of Karelia as Indicator of Atmospheric Transport of Pollutants. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya = Modern problems of science and education, 2011, no. 3. (In Russ.).

25. Щербакова А.И. Лишайники с высокой антиоксидантной активностью // Вестн. ПГТУ. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2018. № 4(40). С. 75–84. Shcherbakova A.I. Lichens with High Antioxidant Activity. Vestnik of Volga State University of Technology Series “Forest: Ecology. Nature Management”, 2018, no. 4(40), pp. 75–84. (In Russ.).

26. Ahmadjian V. Studies on the Isolation and Synthesis of Bionts of the Cyanolichen Peltigera canina (Peltigeraceae). Plant Systematics and Evolution, 1989, vol. 165, pp. 29–38. https://doi.org/10.1007/BF00936032

27. Ahmadjian V., Paracer P. Symbiosis: An Introduction in Biological Association. LA, Clark University Press, 1986. 212 р.

28. Ahti T., Stenroos S., Moberg R. Nordic Lichen Flora. Vol. 5. Cladoniaceae. Uppsala, Museum of Evolution, 2013. 117 p.

29. Aoussar N., Rhallabi N., Mhand R.A, Manzali R., Bouksaim M., Douira A., Mellouki F. Seasonal Variation of Antioxidant Activity and Phenolic Content of Pseudevernia furfuracea, Evernia prunastri and Ramalina farinacea from Morocco. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences, 2020, vol. 19, iss. 1, pp. 1–6. https://doi.org/10.1016/j.jssas.2018.03.004

30. Belyaev V., Bogolitsyn K., Brovko O., Kutinov Yu., Neverov N., Palamarchuk I., Boytsova T., Chukhchin D., Zhiltsov D., Gorshkova N. Influence of Tectonic Faults on the Conditions and Properties of Some Components of a Biogeocenosis in a Subarctic Area. European Journal of Environmental Sciences, 2019, vol. 9, no. 1, pp. 5–11. https://doi.org/10.14712/23361964.2019.1

31. Brovko O.S., Ivakhnov A.D., Palamarchuk I.A., Boitsova T.A. Supercritical Fluid Extraction of Usnic Acid from Lichen of Cladonia Genus. Russian Journal of Physical Chemistry B, 2017, vol. 11, iss. 8, pp. 1306–1311. https://doi.org/10.1134/S1990793117080024

32. Kosanić M., Ranković B., Stanojković T., Rančić A., Manojlović N. Cladonia Lichens and Their Major Metabolites as Possible Natural Antioxidant, Antimicrobial and Anticancer Agents. LWT – Food Science and Technology, 2014, vol. 59, iss. 1, pp. 518–525. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2014.04.047

33. Manojlovic N.T., Solujic S., Sukdolak S. Antimicrobial Activity of an Extract and Antraquinones from Caloplaca shaeveri. The Lichenologist, 2002, vol. 34, iss. 1, pp. 83–85. https://doi.org/10.1006/lich.2001.0365

34. Molnár K., Farkas E. Current Results on Biological Activities of Lichen Secondary Metabolites: A Review. Zeitschrift für Naturforschung C, 2010, vol. 65, iss. 3-4, pp. 157–173. https://doi.org/10.1515/znc-2010-3-401

35. Purvis O.W., Williamson B.J., Spiro B., Udachin V., Mikhailova I.N., Dolgopolova A. Lichen Monitoring as a Potential Tool in Environmental Forensics: Case Study of the Cu Smelter and Former Mining Town of Karabash, Russia. Geological Society, London, Special Publication, 2013, vol. 384, no. 1, pp. 133–146. https://doi.org/10.1144/SP384.6

36. Rola K., Latkowska E., Myśliwa-Kurdziel B., Osyczka P. Heavy-Metal Tolerance of Photobiont in Pioneer Lichens Inhabiting Heavily Polluted Sites. Science of the Total Environment, 2019, vol. 679, pp. 260–269. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.002

37. Rola K., Osyczka P. Temporal Changes in Accumulation of Trace Metals in Vegetative and Generative Parts of Xanthoria parietina Lichen Thalli and Their Implications for Biomonitoring Studies. Ecological Indicators, 2019, vol. 96, part 1, pp. 293–302. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2018.09.004

38. Smeds A.I., Kytöviita M.-M. Determination of Usnic and Perlatolic Acids and Identification of Olivetoric Acids in Northern Reindeer Lichen (Cladonia stellaris) Extracts. The Lichenologist, 2010, vol. 42 (6), pp. 739–749. https://doi.org/10.1017/S002428291000037X

39. Swain T., Hillis W.E. The Phenolic Constituents of Prunus domestica I. – The Quantitative Analysis of Phenolic Constituents. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1959, vol. 10, iss. 1, pp. 63–68. https://doi.org/10.1002/jsfa.2740100110

40. Taguchi H., Sankawa U., Shibata S. Biosynthesis of Natural Products. VII. Biosynthesis of Usnic Acid in Lichens. Seasonal Variation Observed in Usnic Acid Biosynthesis. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 1969, vol. 17, iss. 10, pp. 2061–2064. https://doi.org/10.1248/cpb.17.2061