к.б.н. В. Тужилкина Научные интересы: экологическая физиология, древесные растения, цикл углерода
Проблема атмосферного загрязнения природной среды является важной. Особенно эта проблема актуальна для Республики Коми в связи с деятельностью целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих и газодобывающих производств. В настоящее время возрастает негативное влияние промышленных выбросов на лесные экосистемы, выполняющие важную средообразующую функцию. Наиболее сильному антропогенному воздействию подвергаются леса, окружающие Сыктывкар. Суммарные техногенные выбросы стационарных источников и автотранспорта составляют 90 тыс. тонн в год. Основной вклад в суммарный выброс токсикантов вносит Сыктывкарский лесопромышленный комплекс (СЛПК) – до 71 %. В составе выбросов комбината присутствуют окись азота, окись углерода, сернистый ангидрид, неорганическая пыль. По данным института ГИПРОБУМ концентрация сернистого ангидрида и неорганической пыли в воздухе от СЛПК превышает предельно допустимые нормы на расстоянии до 18 км от источника эмиссии. Причем в радиусе 6 км превышение составляет до 6 ПДК по сернистому ангидриду и 7 ПДК по неорганической пыли [2]. Постоянному аэротехногенному воздействию подвергаются лесные фитоценозы в радиусе до 18 км от СЛПК. Для оценки и прогноза дальнейшего состояния древостоев в зоне влияния крупного промышленного производства необходима ранняя диагностика нарушения жизнедеятельности древесных растений, подвергнутых воздействию газовых токсикантов. Установлено, что повреждение в первую очередь проявляется на физиолого-биохимическом уровне, затем распространяется на ультраструктурный и клеточный, и лишь после этого развиваются видимые признаки повреждения – хлорозы и некрозы тканей листа, опадения листьев, торможение роста [5]. Известно, что одним из биохимических показателей реакции растений на изменение факторов внешней среды, степени их адаптации к новым экологическим условиям является содержание хлорофиллов и каротиноидов – главных фоторецепторов фотосинтезирующей клетки. Непосредственное участие в фотохимических реакциях преобразования энергии в фотосинтезе принимает только 1 % хлорофилла, а остальная масса пигментов служит для поглощения энергии и передачи ее к соответствующим реакционным центрам (РЦ). Хлорофиллы локализованы в трех типах мембранных комплексов: фотосистемах I (ФСI) и II (ФСII) и светособирающем комплексе (ССК). В построении РЦ обеих фотосистем принимает участие хлорофилл a, а хлорофилл b в основном входит в состав CCК, сопряженного с ФС II. Каротиноиды являются дополнительными пигментами, роль которых заключается в расширении спектра поглощения света. Наибольшее внимание заслуживают хлорофиллы, содержание которых является критерием оценки взаимосвязи растений со средой и фотосинтетической продуктивностью [1, 3]. С целью выяснения влияния аэротехногенных выбросов на фотосинтетический аппарат хвойных, нами было изучено содержание пластидных пигментов и распределение хлорофилла по главным фотосинтетическим пулам – светособирающему комплексу и суммарному комплексу фотосистем в хвое ели сибирской (Picea obovata Ledeb.) и сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающих в зоне действия СЛПК. Экспериментальные участки располагались на разных расстояниях от СЛПК по вектору господствующих ветров летом (С-В), а также в восточном и северном направлениях (табл. 1). Контрольные участки находились в 50 км к северу от лесопромышленного комплекса на Ляльском лесоэкологическом стационаре Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Для биологического анализа отбирали образцы одно- и двухлетней хвои из средней части деревьев на опытных и фоновых участках в черничных и лишайниковых типах леса. Количественный анализ фотосинтетических пигментов проводили спектрофотометрически на СФ-46 в ацетоновой вытяжке [7]. Содержание хлорофилла в светособирающем комплексе (ССК) оценивали по соотношению хлорофиллов a и b в ССК [8]. Аэротехногенное загрязнение атмосферы газообразными токсикантами в промышленной зоне СЛПК оказывает влияние на пигментную систему древесных растений. В хвое сосен, произрастающих в районе СЛПК, на участках, расположенных по направлению господствующих ветров, наблюдали снижение содержания общего фонда пигментов по сравнению с фоновыми условиями (табл. 2). Изменения в пигментном комплексе под влиянием загрязнения происходят главным образом за счет снижения содержания хлорофилла b. В хвое опытных деревьев сосны в лишайниковом типе леса концентрация хлорофилла а уменьшается на 16, хлорофилла b – на 38 % по сравнению с контролем. О преобладающем разрушении хлорофилла b под влиянием поллютантов свидетельствует соотношение компонентов зеленых пигментов, которое увеличилось до 4.0. Это повлияло на светособирающий комплекс, играющий важную роль в образовании гран [9]. Доля хлорофилла в ССК уменьшилась до 44 % в опыте против 57 % в контроле, что способствует ухудшению светопоглощающих свойств фотосинтетического аппарата. Вероятно, уменьшение ССК в хлоропластах хвои ограничивает процесс образования гран, что подтверждают результаты электронно-микроскопических исследований [6]. Что же касается сосняка черничного, то в этом типе леса, наряду со снижением общего фонда зеленых пигментов, количество хлорофилла а уменьшается на 28 %, а хлорофилла b – на 22 % по сравнению с контролем. Распределение хлорофилла между светособирающим комплексом и фотосистемами примерно одинаковое. Хроническое загрязнение атмосферы газообразными токсикантами в промышленных зонах по-разному влияет на содержание пигментов в ассимиляционных органах древесных растений. Так, у сосен, произрастающих в черничном и лишайниковом типах леса в наиболее удаленных от источника эмиссий, наблюдают некоторое усиление процессов пигментообразования, о чем свидетельствует повышенное количество хлорофиллов (см. рисунок). Концентрация зеленых пигментов в черничном типе леса в 1.2 раза, а в лишайниковом – в 1.1 раза выше по сравнению с контролем. Фотосинтетический аппарат ели реагирует на за-грязнения среды промышленными выбросами увеличением содержания зеленых пигментов в зоне значительного действия техногенной нагрузки. Концентрация хлорофиллов увеличивается на 11-40 % по сравнению с контролем. Однако с увеличением возраста хвои процесс накопления пигментов ослабевает. Таким образом, неспецифический характер реакции пигментной системы хвойных на промышленные выбросы сходен с изменениями, обнаруженными ранее [3, 4] при других стрессовых ситуациях на древесные растения, когда при слабом не повреждающем влиянии наблюдают новообразования хлорофиллов, при сильном – торможения и разрушения пигментов. Не выявлены значительные изменения в распределении хлорофилла по фотосинтетическим пулам. Соотношение хлорофиллов а и b изменяется в пределах 2.7-3.6 и 2.9-3.4, а на долю светособирающего комплекса приходится 48-60 и 51-57 % общего количества зеленых пигментов контрольных и опытных деревьев соответственно. В отличие от хлорофиллов каротиноиды реагируют на токсиканты СЛПК иначе. С увеличением степени загрязнения атмосферы в пластидах хвои содержание желтых пигментов снижается, а с ослаблением – повышается по сравнению с контролем. Таким образом, загрязнение среды промышленными выбросами СЛПК оказывает влияние на пигментную систему хвойных (табл. 3), причем пигмент-ный аппарат сосны, в отличие от ели, проявляет повышенную чувствительность на токсиканты, выражающуюся в снижении общего количества пластидных пигментов в лишайниковых типах леса. Поллютанты способствуют ослаблению процессов накопления хлорофилла b в большей степени, чем хлорофилла а, что может уменьшить активность фотосинтетического аппарата и привести к существенным нарушениям метаболизма деревьев. Пигментный аппарат как сосны, так и ели в черничных типах леса приспосабливается к условиям среды путем накопления хлорофилла и изменения соотношения компонентов пигментной системы. Эти изменения в пигментном комплексе обуславливают фотосинтетическую активность хлорофилла, что, в свою очередь, влияет на рост и биологическую продуктивность хвойных. Литература 1. Барахтенова Л.А., Николаевский В.С. Влияние сернистого газа на фотосинтез растений. Новосибирск: Наука, 1988. 86 с. 2. Бобкова К.С., Паутов Ю.А., Терещук Н.А. Состояние лесов в зоне влияния Сыктывкарского лесопромышленного комплекса // Лесной журн., 1997. № 5. С. 84-88. 3. Гетко Н.В. Растения в техногенной среде. Минск, 1989. 208 с. 4. Гирс Г.И. Физиология ослабленного дерева. Новосибирск: Наука, 1982. 255 с. 5. Мальхотра С.С., Хан А.А. Биохимическое и физиологическое действие приоритетных загрязняющих веществ // Загрязнение воздуха и жизнь растений. Л., 1988. С. 141-190. 6. Тужилкина В.В., Ладанова Н.В., Плюснина С.Н. Влияние техногенного загрязнения на фотосинтетический аппарат сосны // Экология, 1998. № 2. С. 89-93. 7. Шлык А.А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев // Биохимические методы в физиологии растений. М.: Наука, 1971. С. 154-170. 8. 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. 9. Zuber H. Structure and funetion of light-harvesting compleves and their polypeptides // Photochem. Photobiol., 1985. Vol. 42, № 6. P. 821.
Логотип -
Начало -
Общие
сведения -
Структура -
Научная деятельность 3338 посещений с 10.10.2001 |