Фотосинтетические пигменты в листьях березы повислой при техногенном воздействии. С. 35–47

УДК

630*161:581.192.2

DOI:

10.37482/0536-1036-2023-3-35-47

Аннотация

Изучено содержание фотосинтетических пигментов в листьях березы повислой (Betula pendula Roth.) в условиях техногенных нагрузок и в фоновых условиях. Исследования проводили в березняках разнотравного типа леса в пригородной зоне г. Красноярска. Древостои, испытывающие техногенные нагрузки, расположены к востоку от города по направлению основного переноса воздушных масс, фоновые – в северном и западном направлениях от города, техногенная нагрузка на эти древостои минимальна. Содержание фотосинтетических пигментов определяли в этанольных экстрактах, расчет проводили на 1 г абсолютно сухой массы листьев. Аккумуляцию пыли листовой поверхностью оценивали по методике Ж. Детри (1973). В промытых листьях определяли содержание ионов цинка, свинца, алюминия и фтора. Показано, что содержание хлорофилла а в листьях берез из условно чистых мест произрастания несколько ниже, чем в листьях из древостоев, подвергающихся техногенным нагрузкам. Содержание хлорофилла b в листьях берез из разных мест произрастания оказалось в 2,5–3 раза ниже, чем хлорофилла а, и сопоставимо с содержанием каротиноидов. Общее содержание хлорофиллов колебалось от 5,4 до 7,3 мг/г абсолютно сухой массы, соотношение форм хлорофиллов – от 2,5 до 3, отношение суммы содержания хлорофиллов к суммарному содержанию каротиноидов – от 3,4 до 3,8. При увеличении пылевой нагрузки росло содержание всех фотосинтетических пигментов. Накопление ионов цинка в клетках листа березы отрицательно сказывалось на содержании пигментов, особенно хлорофилла а, но с соотношением пигментов не коррелировало. Значимой корреляции содержания свинца и фотосинтетических пигментов не установлено. При увеличении концентрации алюминия в листьях количество хлорофиллов и каротиноидов достоверно возрастало, связи уровня алюминия с соотношением пигментов не обнаружено. Между содержанием фтора в листовой массе и количеством разных форм хлорофилла достоверных корреляций не найдено. Полученные результаты свидетельствуют об адаптивной реакции фотосинтетического аппарата на присутствие поллютантов в концентрациях ниже пороговых значений.

Сведения об авторах

В.В. Стасова*, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; Researcher ID: AAAG-8220-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9325-6715
Л.Н. Скрипальщикова, канд. биол. наук, доц., ст. науч. сотр.; Researcher ID: AAF-7714-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2294-497X
Н.В. Астраханцева, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; Researcher ID: P-7560-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6014-2148
А.П. Барченков, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; Researcher ID: AAH-5825-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3964-480X
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, Академгородок, д. 50, стр. 28, г. Красноярск, Россия, 660036; vistasova@mail.ru*, lara@ksc.krasn.ru, astr_nat@mail.ru, alexbarchenkov@mail.ru

Ключевые слова

пригородные леса, техногенное влияние, береза повислая, пигменты листьев, хлорофиллы, каротиноиды, техногенная пыль, цинк, свинец, алюминий, фтор, Красноярск

Для цитирования

Стасова В.В., Скрипальщикова Л.Н., Астраханцева Н.В., Барченков А.П. Фотосинтетические пигменты в листьях березы повислой при техногенном воздействии // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 3. С. 35–47. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-35-47

Литература

1. Барахтенова Л.А., Николаевский В.С. Влияние сернистого газа на фотосинтез растений. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. 86 с. 

2. Бухарина И.Л., Журавлева А.Н., Болышова О.Г. Городские насаждения: экологический аспект: моногр. Ижевск: УдГУ, 2012. 206 с. 

3. Ветчинникова Л.В., Кузнецова Т.Ю., Титов А.Ф. Особенности накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений на урбанизированных территориях в условиях Севера // Тр. КарНЦ РАН. 2013. № 3. С. 68–73. 

4. Гетко Н.В. Растения в техногенной среде. Структура и функция ассимиляционного аппарата. Минск: Наука и техника, 1989. 205 с. 

5. Гудериан Р. Загрязнение воздушной среды / пер. с англ. Н.С. Гельман; под ред. Г.М. Илькуна. М.: Мир, 1979. 200 с. 

6. Детри Ж.-П. Атмосфера должна быть чистой: загрязнители атмосферы и борьба с ними. М.: Прогресс, 1973. 380 с. 

7. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с. 

8. Кавеленова Л.М., Малыхина Е.В., Розно С.А., Смирнов Ю.В. К методологии экофизиологических исследований листьев древесных растений // Поволж. экол. журн. 2008. № 3. С. 200–210. 

9. Казнина Н.М., Батова Ю.В., Лайдинен Г.Ф., Титов А.Ф. Влияние цинка на рост и фотосинтетический аппарат растений пшеницы в условиях оптимума и гипотермии // Тр. КарНЦ РАН. 2017. № 12. С. 118–124. https://doi.org/10.17076/eb676

10. Коротченко И.С. Воздействие автотранспорта на пигментный комплекс листьев древесных растений // Успехи современ. естествознания. 2014. № 11-2. С. 109–110. 

11. Коршиков И.И. Устойчивость растений к техногенным загрязнителям окружающей среды // Промышленная ботаника. 2004. Вып. 4. С. 46–57. 

12. Мальхотра С.С., Хан А.А. Биохимическое и физиологическое действие приоритетных загрязняющих веществ //Загрязнение воздуха и жизнь растений / М. Трешоу, Д.Г. Жиллет, Э. Робинсон и др.; под ред. М. Трешоу. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 141–190. 

13. Маракаев О.А., Смирнова Н.С., Загоскина Н.В. Техногенный стресс и его влияние на лиственные древесные растения (на примере парков г. Ярославля) // Экология. 2006. № 6. С. 410–414. https://doi.org/10.1134/S1067413606060026

14. Неверова О.А. Экологическая оценка состояния древесных растений и загрязнения окружающей среды промышленного города (на примере г. Кемерово): автореф. дис. … д-ра биол. наук. М., 2004. 36 с. 

15. Неверова О.А. Опыт мониторинга городских древесных насаждений (на примере г. Кемерово) // Урбоэкосистемы: Проблемы и перспективы развития: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., Ишим, 20–21 марта 2008 г. Ишим: ИГПИ им. П.П. Ершова, 2008. Вып. 3. С. 125–128. 

16. Неверова О.А. Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды // Биосфера. 2009. Т. 1, № 1. C. 82–92. 

17. Негруцкий С.Ф., Приседский Ю.Г., Еремка Е.В. Некоторые закономерности сравнительной устойчивости лесных древесных растений к атмосферным загрязнителям //Взаимодействие между лесными экосистемами и загрязнителями: тез. докл. 1-го совет.-амер. симп. по проекту 02.03-21, Ленинград, Таллин, Пущино, 11–20 окт. 1982 г. Таллин: АН ЭССР, 1982. С. 58–60. 

18. Николаевский В.С. Биологические основы газоустойчивости растений. Новосибирск: Наука. Сиб.отд-ние, 1979. 278 с. 

19. Павлов И.Н. Древесные растения в условиях техногенного загрязнения. Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 2006. 359 с. 

20. Скрипальщикова Л.Н., Пономарева Т.В., Бажина Е.В., Барченков А.П., Белянин А.В. Техногенные нагрузки на березняки Красноярской лесостепи // Сиб. лесн. журн. 2017. № 6. С. 130–135. 

21. Тарчевский И.А. Основы фотосинтеза. Казань: Казан. ун-т, 1971. 294 с. 

22. Титов А.Ф., Казнина Н.М., Таланова В.В. Тяжелые металлы и растения. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2014. 194 с. 

23. Хальбваш Г. Реакция организмов высших растений на загрязнение атмосферы двуокисью серы и фторидами // Загрязнение воздуха и жизнь растений / М. Трешоу, Д.Г. Жиллет, Э. Робинсон и др.; под ред. М. Трешоу. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 206–246. 

24. Цандекова О.Л., Неверова О.А. Влияние выбросов автотранспорта на пигментный комплекс листьев древесных растений // Изв. СамНЦ РАН. 2010. Т. 12, № 1(3). C. 853–856. 

25. Шергина О.В., Михайлова Т.А. Состояние древесных растений и почвенного покрова парковых и лесопарковых зон г. Иркутска. Иркутск: Ин-т географии СО РАН, 2007. 200 с. 

26. Яшин Д.А., Зайцев Г.А. Содержание пигментов фотосинтеза в листьях березы повислой (Betula pendula Roth.) и дуба черешчатого (Quercus robur L.) в условиях Уфимского промышленного центра // Изв. СамНЦ РАН. 2015. Т. 17, № 6. С. 274–277. 

27. Bojórquez-Quintal E., Escalante-Magaña C., Echevarría-Machado I., Martínez-Estévez M. Aluminum, a Friend or Foe of Higher Plants in Acid Soils. Frontiers in Plant Science, 2017, vol. 8, рр. 1–18. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.01767

28. Castillo-González J., Ojeda-Barrios D., Hernández-Rodríguez A., González-Franco A.C., Robles-Hernández L., López-Ochoa G.R. Zinc Metalloenzymes in Plants. Interciencia, 2018, vol. 43, pp. 242–248.

29. Escudero-Almanza D.J., Ojeda-Barrios D.L., Hernández-Rodríguez O.A., Chávez E.S., Ruíz-Anchondo T., Sida-Arreola J.P. Carbonic Anhydrase and Zinc in Plant Physiology. Chilean Journal of Agricultural Research, 2012, vol. 72, no. 1, pp. 140–146. https://doi.org/10.4067/S0718-58392012000100022

30. Golovko T.K., Gruszecki W.I., Prasad M.N.V., Strzalka K. Photosynthetic Pigments: Chemical Structure, Biological Function and Ecology. Syktyvkar, Komi SC UB RAS Publ., 2014. 448 p.

31. Lichtenthaler H.K., Ac A., Marek M.V., Kalina J., Urban O. Differences in Pigment Composition, Photosynthetic Rates and Chlorophyll Fluorescence Images of Sun and Shade Leaves of Four Tree Species. Plant Physiology and Biochemistry, 2007, vol. 45, no. 8, pp. 577–588. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2007.04.006

32. Lichtenthaler H.K., Buschmann C. Chlorophylls and Carotenoids: Measurement and Characterization by UV-VIS Spectroscopy. Current Protocols in Food Analytical Chemistry, 2001, vol. 1, no. 1, pp. F4.3.1.–F4.3.8. https://doi.org/10.1002/0471142913.faf0403s01

33. Ma J.F. Syndrome of Aluminum Toxicity and Diversity of Aluminum Resistance in Higher Plants. International Review of Cytology, 2007, vol. 264, pp. 225–252. https://doi.org/10.1016/S0074-7696(07)64005-4

34. Mossor-Pietraszewska T. Effect of Aluminium on Plant Growth and Metabolism. Acta Biochimica Polonica, 2001, vol. 48, no. 3, pp. 673–686. https://doi.org/10.18388/abp.2001_3902

35. Rout G.R., Das P. Effect of Metal Toxicity on Plant Growth and Metabolism: I. Zinc. Agronomie, 2003, vol. 23, no. 1, pp. 3–11. https://doi.org/10.1051/agro:2002073

36. Rout G.R., Samantaray S., Das P. Aluminium Toxicity in Plants: A Review. Agronomie, 2001, vol. 21, no. 1, pp. 3–21. https://doi.org/10.1051/agro:2001105

37. Sharma P., Dubey R.S. Lead Toxicity in Plants. Brazilian Journal of Plant Physiology, 2005, vol. 17, no. 1, pp. 35–52. https://doi.org/10.1590/S1677-04202005000100004

38. Silva S. Aluminium Toxicity Targets in Plants. Journal of Botany, 2012, vol. 2012, pp. 1–8. https://doi.org/10.1155/2012/219462