Влияние антропогенного воздействия на содержание фотосинтетических пигментов в однолетней хвое сосны обыкновенной, произрастающей в лесопарковых зонах города Ельца

Размещено на http://allbest.ru

1 Елецкий государственный университет имени И.А. Бунина

2 Уфимский институт биологии РАН

Влияние антропогенного воздействия на содержание фотосинтетических пигментов в однолетней хвое сосны обыкновенной, произрастающей в лесопарковых зонах города Ельца

Дубровина О.А. 1, Зайцев Г.А. 2

Аннотация

Городские лесопарковые зоны играют важную роль в сохранении высокого качества жизни урбанизированного общества. Им отводится главная функция в сглаживании негативных факторов производства и создании благоприятной экологической обстановки. Рост и развитие древесных растений в условиях города зачастую значительно отличается от естественных условий. Особенно остро этот фактор отражается на работе ассимиляционного аппарата. Изучение содержания пигментов (хлорофиллов а, b и каротиноидов) в однолетней хвое сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) определялось в экстрактах с помощью спектрофотометрического анализа.

В результате исследования получены опытные данные изменения пигментной системы в хвое сосны обыкновенной с повышением уровня загрязнения. Анализ фотосинтетической особенности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в изучаемых лесопарковых зонах в городе Ельце с комплексным индексом загрязнения атмосферы на уровне «низкий» показал незначительные расхождения по сумме накопления пигментов между пробной площадью №2 (1,111±0,0024 мг/г сырого веса) и пробной площадью №1 (1,073±0,0036) мг/г сырого веса).

Ключевые слова: сосна обыкновенная, хлорофиллы, каротиноиды, промышленное загрязнение, липецкая область

Введение

Городские лесопарковые зоны играют важную роль в сохранении высокого качества жизни урбанизированного общества. Им отводится главная функция в сглаживании негативных факторов производства и создании благоприятной экологической обстановки. Рост и развитие древесных растений в условиях города зачастую значительно отличается от естественных условий. Особенно остро этот фактор отражается на работе ассимиляционного аппарата [1].

Фотосинтез - важный физиологический процесс [2, 3]. Одним из информативных показателей реакции (ответа) растительного организма на условия произрастания является содержание фотосинтетических пигментов: хлорофиллов (а, b) и каротиноидов. Рядом исследований выявлено, что на концентрацию хлорофиллов неоднозначное влияние оказывают внешние экологические факторы (например, промышленное загрязнение) и генетическая природа растения (например, онтогенетические или возрастные особенности) [4, 5]. В условиях техногенного загрязнения концентрация пигментов фотосинтеза и их соотношение: «Хл а / Хл b» и «[Хл а + Хл b] / Каротиноиды», в растительном организме может изменяться. Изучение функционирования синтетического аппарата в онтогенезе у сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), основной лесообразующей породы лесопарков города Ельца (Липецкая область), имеет особую ценность, т.к. может служить индикатором толерантности растений к загрязнению [6].

Район, объект и методы исследования

Исследования проводились в насаждениях сосны обыкновенной в пределах Елецкого промышленного центра с мая по август 2020 года. Город Елец расположен в лесостепной Черноземной зоне Европейской Среднерусской возвышенности. Его географические координаты: 52°37' северной широты и 38°29' восточной долготы. Он занимает территорию в 65,1 км². Состояние атмосферного воздуха на территории города в 2019 году, согласно данным государственного фонового мониторинга, характеризовалось на уровне «низкий», с объемом выбросов загрязняющих веществ в атмосферу около 3 тыс. тонн [7]. Пробные площади в насаждениях сосны в пределах Елецкого промышленного центра были заложены в двух точках: экологический лесопарковый сосна елец

1Ш №1 - в парке 40-летия Октября с северо-восточной стороны города. Общая площадь парка - 29 га. В этом районе города размещены промышленные предприятия, и вдоль окраины парка проходит федеральная трасса М-4 «Дон»;

1111 №2 - была заложена (в качестве относительного контроля) с юго-западной стороны города Ельца в лесопарковой зоне с. Ольшанец.

Общая площадь массива - 133 га. Определение концентрации фотосинтетических пигментов хлорофиллов (а, b) и каротиноидов проводили методом спектрофотометрии. Содержание пигментов выражали в миллиграммах на единицу сырой массы (на 1 г). Расчет концентраций хлорофиллов (а, b) вели по формуле Вернона, расчет концентрации каротиноидов -- по формуле Веттштейна. Обработку данных проводили с использованием пакета программ Microsoft Office Excel. Полученные данные достоверны при р < 0,05.

Результаты исследования

Содержание хлорофиллов (а, b) и каротиноидов в однолетней хвое сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), взятой в противоположенных точках города (ПП№1/ ПП №2) в начале вегетации (в мае), позволило выявить следующую закономерность. У растений на ПП№1, расположенной в непосредственной близости к промышленным предприятиям и федеральной трассе М-4 «Дон», сумма пигментов была в 1,2 раза ниже, чем на ПП№2, и составляла 0,318±0,0012 мг/г сырого веса, против 0,352±0,0005 мг/г.

Рис. 1. Содержание фотосинтетических пигментов (мг/г сырой массы) в однолетней хвое сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в мае 2020 г.

Содержание хлорофилла «а» в однолетней хвое в этот период колеблется от 0,177±0,0003 (ПП№1) до 0,218±0,0020 (ПП№2) мг/г сырой массы. Содержание хлорофилла «в» в биообъектах было несколько выше на ПП№1 и равнялось 0,093±0,0006, против 0,078±0,0035 (мг/г сырого веса), а количество каротиноидов практически не изменилось (рис. 1).

Следовательно, уровень накопления хлорофиллов (а, b) и каротиноидов в хвое сосны изменяется в сторону повышения количества пигментов по мере удаления от техногенных источников. В июне разбег аналитических данных (ПП№1 / 1111 №2) составлял по хлорофиллу «а» 0,382±0,0050 - 0,416±0,0029 мг/г сырой массы, по хлорофиллу «в» 0,121±0,0067 - 0,240±0,0030 мг/г сырой массы. Достоверных различий по количественному накоплению каротиноидов в разных лесопарковых зонах не выявлено (рис. 2).

Рис. 2. Содержание фотосинтетических пигментов (мг/г сырой массы) в однолетней хвое сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в июне 2020 г.

О работе фотосинтетического аппарата судят по активности «главного» пигмента хлорофилла а: чем выше его активность, тем интенсивнее фотосинтез. С повышением уровня загрязнения (рис. 3) на изучаемых территориях (ПП№1) наблюдается уменьшение содержания не только хлорофилла «а» (по сравнению с ПП№2), но и хлорофилла «в». Полученные данные об изменениях отношений основных групп фоторецепторных пигментов свидетельствуют о воздействии атмосферного загрязнения на биосинтез пигментов.

Рис. 3. Содержание фотосинтетических пигментов (мг/г сырой массы) в однолетней хвое сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в июле 2020 г.

Ассимиляционная активность сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) к концу августа не снижается (рис. 4).

Рис. 4. Содержание фотосинтетических пигментов (мг/г сырой массы) в однолетней хвое сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в августе 2020 г.

Анализ фотосинтетической особенности сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) показал незначительные расхождения по сумме накопления пигментов между ПП№2 (1,111±0,0024 мг/г сырого веса) и ПП№1 (1,073±0,0036 мг/г сырого веса).

Выводы

1) В результате исследования получены опытные данные изменения пигментной системы в хвое сосны обыкновенной с повышением уровня загрязнения.

2) Промышленное загрязнение в условиях города Ельца, Липецкой области (с индексом загрязнения атмосферы «низкий») в изучаемых лесопарковых зонах не вызывает значительных нарушений процесса синтеза фотосинтезирующих пигментов в однолетней хвое сосны обыкновенной

Список использованных источников

1. Захаров В.М. Здоровье среды: методика оценки. - М.: Наука, 2000. - 129 с.

2. Титова М.С. Содержание пигментов как показатель адаптации фотосинтетического аппарата интродуцированных видов рода Pinus // Естественные и технические науки. - 2012. - № 6. - С. 103-104.

3. Яковлев А.П. Первичный фотосинтез. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2013. - 336 c.

4. Бухарина И.Л., Двоеглазова А.А. Биоэкологические особенности травянистых и древесных растений городских насаждений: монография. - Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2010. - 184 с.

5. Воскресенский В.С., Воскресенская О.Л. Влияние факторов городской среды на функциональное состояние древесных растений: монография. - Йошкар-Ола: Мар. гос. университет, 2011. - 194 с.

6. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды Липецкой области 2019 год». - Издательство Веда социум, 2020. - 236 с.

7. Тужилкина В.В., Ладанова Н.В., Плюснина С.Н. Влияние техногенного загрязнения на фотосинтетический аппарат сосны // Экология. - 1998. - № 2. - С. 89 - 93.

Размещено на Allbest.ru