ЭКОЛОГИЯ, 2004, № 5, с. 330-335
УДК 574.24 : 581.19
АДАПТАЦИЯ РАСТЕНИЙ К НЕФТЯНОМУ СТРЕССУ
© 2004 г. Г. Н. Чупахина, П. В. Масленников
Калининградский государственный университет 236040 Калининград, ул. Университетская, 2 Поступила в редакцию 08.07.2003 г.
Исследовано накопление антоцианов, аскорбиновой кислоты и рибофлавина в растениях, произрастающих в условиях загрязнения железнодорожными поллютантами и нефтью. При первом типе загрязнения наблюдается накопление аскорбиновой кислоты и антоцианов в растениях гравилата городского, купыря лесного, будры плющевидной, одуванчика лекарственного, ежи сборной, тысячелистника обыкновенного в среднем в 2 и 5.2 раза, а также рибофлавина (восстановленная и окисленная формы). Нефтяной стресс (5-10% нефти в почве) вызвал стимуляцию накопления антоцианов и аскорбиновой кислоты в проростках вики, ежи, ячменя, кукурузы и проса. В этих условиях обнаружено также увеличение пула как окисленной, так и восстановленной форм рибофлавина. Предлагается использовать содержание антоцианов как тест, характеризующий степень загрязнения окружающей среды, что может быть полезно для оперативной биоиндикации загрязнений при экологическом мониторинге растительных сообществ.
Ключевые слова: нефтяные поллютанты, антоцианы, аскорбиновая кислота, рибофлавин, биоиндикация.
Охрана окружающей среды от различных видов загрязнений является одной из важнейших проблем современности. Поскольку почвенные ресурсы ограничены, то особую актуальность приобретает охрана почв от загрязнения нефтепродуктами, которые попадают в нее в процессе нефтедобычи, транспортировки, хранения и их потребления. Загрязняющие почву нефтепродукты ухудшают водный режим и физические свойства почв, резко снижают содержание подвижных соединений азота и фосфора, вызывают разрушение хлорофиллов и каротиноидов, оказывают токсическое действие на рост растений (Голодяев, Иванов, 1988). Флавоноиды и феноль-ные кислоты в растительной клетке могут играть значимую роль в адаптации растений к различным стрессовым факторам (Hoch et al., 2001). Так, накопление флавоноидов связывается с механизмом защиты фотосинтетического аппарата растительного организма от обширного окислительного повреждения (Yamasaki et al., 1996; Yamasaki, 1997), возникающего вследствие действия различных поллютантов (Lavola et al., 1994). В отличие от других фенольных соединений влияние нефти и нефтяных поллютантов на биосинтез антоцианов в растениях не изучалось, несмотря на интенсивный поиск в последнее время биохимических индикаторов загрязнения окружающей среды среди вторичных метаболитов (Масленников, 2001).
Наиболее перспективным может быть использование методов, основанных на изменениях оп-
тических свойств тканей, обусловленных накоплением антоцианов в находящихся в условиях стресса растениях. Кроме того, уровень рибофлавина и аскорбиновой кислоты (АК), обладающих разносторонним действием на физиологические процессы в клетках растений и, как в последнее время считают, участвующих в клеточном иммунитете, обусловливающем устойчивость растительной клетки к стрессовым факторам, также может быть использован для оценки физиологического состояния растений (Mori, Sakurai, 1995; Powers, 1999; Чупахина, 1997; Silva et al., 1999).
В связи с этим целью данной работы стало изучение накопления антоциановых пигментов, аскорбиновой кислоты и рибофлавина в растениях, произрастающих в условиях загрязнения нефтяными углеводородами (железнодорожные пол-лютанты, нефть).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В ходе исследований использовались листья растений гравилата городского (Geum urbanum L.), купыря лесного (Anthriscus sylvestris L.), будры плющевидной (Glecoma hederata L.), одуванчика лекарственного (Taraxacum officinalis L), ежи сборной (Dactylis glomerata L.), тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium L.), произрастающих в условиях загрязнения железнодорожными поллютантами (нефтяные и трансмиссионные масла). В качестве контроля были взяты рас-
Рис. 1. Влияние железнодорожных поллютантов на содержание антоцианов у разных видов растений.
тения, собранные в З-5-метровой зоне от железной дороги.
Кроме того, исследовались 25-дневные растения ячменя обыкновенного (Hordeum vulgare L.) сорта Роланд, ежи сборной (Dactylis glomerata L.) сорта Aera, вики носевной (Vicia sativa L.) сорта Орловская, нроса обыкновенного (Panicum milia-ceum L.) сорта Быстрое, кукурузы (Zea mays L.) сорта Росс 144, выращенные в установке ТКШ-1 Флора нри ностоянном освещении светом люминесцентных ламн ЛБУ-З0 интенсивностью 5 Дж/м2 ■ с нри комнатной темнературе (18-22°С). Растения выращивали на ночве (легкий суглинок), содержащей нредельно донустимую концентрацию нефти (5-10%), которая варьировала у разных видов. В экснериментах иснользовалась нефть Aлешкинскoгo месторождения Калининградской области (Дедков, Фоминых, 1999).
Содержание окисленной (ОФ) и восстановленной форм (ВФ) рибофлавина, а также антоцианов онределяли снектрофотометрически (Чунахина, 2000; Муравьева и др., 1987), количество аскорбиновой кислоты ^К) - титрационным методом (Чунахина, 2000). Содержание исследуемых веществ нриведено на 1 г сухого веса, на рисунках нредставлены средние арифметические значения из 4-6 независимых экснериментов, каждый из которых нроведен в З-кратной биологической новтор-ности, и их средние квадратичные отклонения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Показано (рис. 1), что загрязнение железнодорожными ноллютантами снособствует наконле-нию антоциановых нигментов во всех исследуемых растениях в среднем в 5.2 раза: наибольшее
количество пигментов было отмечено в растениях гравилата - в 16.9 раза, наименьшее - в растениях будры плющевидной ( в 1.4 раза по сравнению с контролем).
Наличие в почве железнодорожных поллютантов оказало влияние на уровень восстановленной формы АК в исследуемых растениях: оно превысило контрольный уровень в листьях гравилата в 2.3 раза, в листьях тысячелистника, купыря, одуванчика, будры - почти в 2 раза, а в листьях ежи сборной - в 1.6 раза (рис. 2).
Сходный результат был получен при анализе содержания рибофлавина: наблюдалась активация накопления восстановленной (ВФ) и окисленной форм (ОФ) рибофлавина, что определило его более высокое суммарное содержание в растениях, выросших в загрязненной зоне. Содержание ОФ рибофлавина превысило контрольный уровень в листьях гравилата, тысячелистника, купыря, одуванчика, будры, ежи сборной в 1.2-1.5 раза (рис. 3а), уровень ВФ превышал контрольный в листьях гравилата, будры и ежи сборной в 1.3 раза, а в листьях тысячелистника, купыря и одуванчика - в 1.5-2 раза (рис. 36).
Между содержанием антоцианов и АК наблюдалась положительная корреляционная зависимость средней степени сопряженности (Я = 0.540.68) для растений, произрастающих в экологически чистой зоне, и сильная положительная корреляция между этими переменными в растениях, собранных в загрязненной зоне (Я = 0.87-0.98). Уровень рибофлавина и антоцианов в последних также имел прямую корреляционную связь (Я = = 0.69-0.81), уменьшающуюся в растениях, собранных в экологически чистой зоне (Я = 0.12-0.34).
Одуванчик Купырь Ежа Будра Тысячелистник
Гравилат
^ Чистая зона П Загрязненная зона
50 100 150 200
Содержание аскорбиновой кислоты, мкг/г
Рис. 2. Влияние железнодорожных поллютантов на содержание аскорбиновой кислоты у разных видов растений.
Для более подробного изучения влияния нефтепродуктов на рост и биосинтез исследуемых веществ растения ячменя, ежи, вики, проса, кукурузы выращивали на почве, содержащей предельно допустимую концентрацию нефти, характерную для каждого вида, 5-10% (Дедков, Фоминых, 1999). Изучаемые растения были разделены на две группы: более устойчивые к нефтяному загрязнению (ПДК = 10%) - ячмень, кукуруза, просо, вика и менее устойчивые (ПДК = 5%) - ежа сборная. Присутствие данного количества нефти в почве замедляло появление всходов ежи сборной на 2-7 дней, первых настоящих листьев - на 1-3 дня. Высота двухнедельных проростков ежи, выращенных на почве с содержанием нефти 5%, была меньше высоты растений в контроле на 29%. У проростков вики, ячменя, кукурузы и проса присутствие 10% нефти в почве также тормозило рост и развитие растений по сравнению с контролем. Так, всходы у ячменя появились на 1-2 дня, у вики, проса и кукурузы - на 6-7 дней позже, чем в контроле. Появление первого и второго настоящих листьев у вики, выращенной при 10%-ной концентрации нефти, задерживалось на 7 и 4 дня, у проса - на 6 и 7 дней, у ячменя - на 4 и 6 дней соответственно, а на 14-й день растения отставали в росте от контрольных на 56, 83 и 45% соответственно. При увеличении в почве концентрации нефти семена исследуемых растений не прорастали.
Результаты опытов свидетельствуют о стимуляции образования антоциановых пигментов в условиях нефтяного загрязнения в проростках вики, ежи, ячменя, кукурузы и проса в среднем в 2.4 раза (рис. 4). При наличии нефтяного загрязнения в почве отмечено повышение уровня АК в растениях проса, ежи и ячменя в среднем в 22.4 раза, кукурузы и вики - в 1.7-1.8 раза (рис. 5). Обнаружено увеличение пула окисленной и вос-
становленной форм рибофлавина, что определило его более высокое суммарное содержание в растениях, выросших в присутствии в почве нефти: содержание ОФ рибофлавина превысило контрольный уровень в листьях ячменя, кукурузы, проса, вики и ежи сборной в 1.8-2.5 раза (рис. 6а), а уровень ВФ - в 1.6-2.2 раза (рис. 66). Выявлена прямая корреляционная зависимость средней степени сопряженности между содержанием антоци-анов и суммой рибофлавина (Я = 0.29-0.64) и высокая корреляция между содержанием антоцианов и уровнем аскорбиновой кислоты (Я = 0.89-0.99) как для опытных, так и для контрольных растений.
Таким образом, загрязнение почвы железнодорожными поллютантами и нефтью способствует накоплению антоциановых пигментов и АК в растениях гравилата городского, купыря лесного, будры плющевидной, одуванчика лекарственного, ежи сборной, тысячелистника обыкновенного, ячменя обыкновенного, вики посевной, проса обыкновенного, кукурузы. Обнаружено увеличение пула окис
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.