Видова специфiчнiсть реакцiй рослин на дiю органiчних ксенобiотикiв

Размещено на http://www.allbest.ru/

24

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата бiологiчних наук

Видова специфiчнiсть реакцiй рослин на дiю органiчних ксенобiотикiв

МИЛЬНIКОВА ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРIВНА

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнiсть теми. Сучасну екологiчну ситуацiю в Українi можна охарактеризувати як кризову, що формувалась впродовж тривалого перiоду внаслiдок зневажання об'єктивними законами розвитку i поновлення природно-ресурсного комплексу України. Проблеми охорони навколишнього середовища i рацiонального використання природних ресурсiв в останнiй час належать до найбiльш актуальних.

Серед екологiчних проблем особливо важливими є дослiдження реакцiй рослин на токсичну дiю органiчних сполук, джерелом яких є хiмiчна промисловiсть (Гетко, 1989; Грушко, 1986). Оскiльки пiдприємства хiмiчної промисловостi розташованi, переважно, в межах мiста, причому бiльшiсть з них не має санiтарно-захисної зони i умов, необхiдних для переробки, утилiзацiї вiдходiв чи їх знешкодження (Елисаветский, Ратников, 1998), то особливо важливою є наукова оцiнка теперiшнього i майбутнього стану рослинностi в сферi впливу пiдприємств хiмiчного профiлю, а також розробка заходiв по оптимiзацiї складних екологiчних умов техногенних територiй за допомогою формування стiйких зелених насаджень з високою здатнiстю до поглинання i перетворення органiчних полютантiв.

Аналiз лiтературних даних свiдчить про те, що токсичну дiю органiчних полютантiв на рослини вивчали головним чином в лабораторних умовах при обкурюваннi об'єктiв дослiду супергострими концентрацiями токсикантiв, у той час як в природних умовах зростання, що характеризуються хронiчним впливом достатньо низьких доз забруднювачiв, реакцiя рослин на стресовий фактор значно вiдрiзняється, ускладнюючись також в зв'язку з дiєю iнших екологiчних факторiв. Крiм того, об'єктами лабораторних дослiджень були квiтково-декоративнi i газоннi культури (Гиндина, Рудницкая, 1990; Лихолат, Долгова, 1990), тодi як деревно-чагарниковi рослини i сiльськогосподарськi рослини в умовах польового дослiду були дослiдженi, на наш погляд, недостатньо. Вищевикладене i обумовило мету i основнi завдання дисертацiйної роботи, а саме дослiдження специфiчностi реакцiй рослин на дiю органiчних токсикантiв.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Проведенi дослiдження здiйсненi згiдно з планом науково-дослiдних робiт кафедри фiзiологiї рослин та екологiї i лабораторiї фiзiологiї i молекулярної бiологiї рослин НДI бiологiї Днiпропетровського державного унiверситету в рамках наукової теми 01-5-97: "Розробка концепцiї фiзiолого-бiохiмiчних основ функцiонування бiологiчних систем у екстремальних умовах дiї несприятливих факторiв навколишнього середовища на прикладi рослинних об'єктiв як моделей бiологiчних систем", а також згiдно з планом соцiального розвитку ВАТ "Днiпропетровський лакофарбовий завод".

Мета i завдання дослiджень. Метою роботи було дослiдити дiю аерогенних забруднювачiв органiчної природи на фiзiологiчний стан рослин, встановити їх кiлькiсне накопичення в едафоопi i деревно-чагарникових рослинах техногенної територiї лакофарбового заводу, розробити бiодiагностичнi показники рiвня забруднення середовища органiчними полютантами.

Досягнення поставленої мети передбачало вирiшення наступних задач:

1. Дослiдити динамiку накопичення ксенобiотикiв в едафотопi i рослинах техногенної територiї з органiчним типом забруднення.

2. Вивчити iнтенсивнiсть i спрямованiсть фiзiолого-бiохiмiчних процесiв в рослинних видах, що зростають в умовах хронiчної дiї аерогенного забруднен- ня з перевагою органiчних iнгредiєнтiв.

3. На пiдставi одержаних даних установити найбiльш перспективнi в планi поглинання рiзноманiтних полютантiв органiчної природи деревно-чагар-никовi види i рекомендувати їх для озеленення промислових майданчикiв хiмiчних виробництв.

4. Використати результати експеримента для розробки конкретних фiто-iндикацiйних показникiв вмiсту органiчних токсикантiв в навколишньому середовищi.

5. В умовах польового i лабораторного дослiдiв оцiнити дiю органiчних забруднювачiв на сiльськогосподарськi рослини (на прикладi кукурудзи).

Наукова новизна одержаних результатiв. Встановленi особливостi накопичення органiчних аерополютантiв (ацетону, етанолу, толуолу, ксилолу, бутилацетату, етилцелозольву) едафотопом та рослинами техногенної територiї. Вперше розроблена шкала накопичення деревно-чагарниковими рослинами специфiчних для лакофарбового виробництва забруднювачiв, що дозволяє встановлювати найбiльш перспективнi для очищення атмосферного повiтря вiд органiчних домiшок види. Виявленi фiзiолого-бiохiмiчнi та морфометричнi змiни в рослинах, якi вiдбуваються пiд впливом комплекса органiчних забруднювачiв. Показана можливiсть використання рiзнопланових параметрiв (активнiсть полiфенолоксидази, вмiст хлорофiлiв i каротиноiдiв, рiвень аскорбiнової кислоти i глутатiону) з метою iндикацiї забруднення середовища викидами хiмiчного виробництва, що вмiщують органiчнi розчинники.

Практичне значення одержаних результатiв. Виходячи з експериментальних даних розробленi рекомендацiї щодо використання фiзiолого-бiохiмiчних показникiв стану деревно-чагарникових видiв з метою фiтоiндикацiї забруднення довкiлля органiчними аерополютантами. На пiдставi проведенних дослiджень по накопиченню экзогенних токсикантiв зробленi рекомендацiї по використанню найбiльш стiйких, з високою здатнiстю до поглинання органiчних ксенобiотикiв деревно-чагарникових видiв рослин з метою озеленення техногенних територiй з органiчним типом забруднення. Запропонованi рекомендацiї впровадженi на ВАТ "Днiпропетровський лакофарбовий завод" при озелененнi територiї промислової площадки. Результати дослiджень використовуються в науково-дослiднiй роботi i навчальнiй роботi на кафедрi фiзiологiї рослин i екологiї Днiпропетровського нацiонального унiверситету.

Особистий внесок здобувача у розробку наукових результатiв, що виносяться на захист. Дослiдження, результати яких викладенi в роботi, виконанi автором самостiйно. Розробка програми i основної гiпотези наукової проблеми виконана сумiсно з доктором бiологiчних наук, професором Л.Г. Долговою. Вiдбiр грунтових i рослинних зразкiв, вибiр методiв i оптимальних варiантiв методик дослiджень, статистична обробка отриманих результатiв, формулювання захищаємих положень i висновкiв виконувались особисто здобувачем. Експериментальний матерiал по усiм дослiдженим параметрам рослин i едафотопа отриманий здобувачем самостiйно i викладений в особистих i сумiсних публiкацiях.

Апробацiя результатiв дисертацiї. Основнi положення дисертацiї доповiдались на 5-й Мiжнароднiй конференцiї "Францiя та Україна, науково-прак-тичний досвiд у контекстi дiалогу нацiональних культур" (м.Днiпропетровськ, 19-21 травня 1998), Мiжнароднiй конференцiї "Питання бiоiндикацiї та екологiї" (м.Запорiжжя, 21-24 вересня 1998), Мiжнароднiй науковiй конференцiї "Регуляцuя роста, развития и продуктивности растений" (м.Мiнськ, 9-11 листопада 1999), Мiжнароднiй конференцiї "Проблеми фундаментальної та прикладної екологiї" (м.Кривий Рiг, 22-23 грудня 1999), Всеукраїнськiй науковiй конференцiї "Екологiчна наука i освiта в педагогiчних ВУЗах України" (м.Умань, 11-12 травня 2000), VII науково-методичнiй конференцiї "Людина та навколишнє середовище - проблеми безперервної екологiчної освiти в ВУЗах" (м.Одеса, 13-15 вересня 2000), Мiжнароднiй конференцiї "Проблеми сучасної екологiї" (м.Запорiжжя, 21-23 вересня 2000); на засiданнях кафедри фiзiологiї рослин та екологiї Днiпропетровського нацiонального унiверситету; в виглядi доповiдей обговорювались на iтогових наукових конференцiях Днiпропетровського нацiонального унiверситету (2000 - 2001).

Публiкацiї. За матерiалами дисертацiї опублiковано 16 робiт, з них 5 статей у провiдних фахових виданнях.

Структура та обсяг роботи. Дисертацiйна робота складається з вступу, 7 роздiлiв, висновкiв та рекомендацiй, списку лiтератури. Робота викладена на 185 сторiнках, мiстить 56 таблиць, iлюстрована 20 малюнками. Список лiтератури вмiщує 220 назв росiйською, українською та iноземними мовами.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ, ОБ'ЄКТIВ I МЕТОДIВ ДОСЛIДЖЕННЯ

Район i об'єкти дослiдження. Дослiдження проводили на протязi 1997-2000 рокiв на пробних дiлянках промислової площадки ВАТ "Днiпропетровський лакофарбовий завод", де основними компонентами атмосферних викидiв є сполуки органiчної природи (ароматичнi вуглеводнi, спирти, кетони, простi i складнi ефiри), в санiтарнiй лабораторiї заводу i в лабораторних умовах на кафедрi фiзiологiї рослин i екологiї Днiпропетровського державного унiверситету. Клiмат району дослiджень помiрно-континентальний. Метеорологiчнi умови в роки проведення польових дослiдiв були схожi в весняно-лiтнiй перiод. Погоднi умови в перiод проведення польових дослiдiв в порiвняннi з середньобагаторiчними показниками вiдрiзнялись пiдвищенними температурами i невеликою кiлькicтю опадiв.

Грунти територiї промислової площадки представленi cуглинками з домiшками будiвельного смiття, цегли та шлаку вiд 5 до 30% i грунтово-рослинним шаром.

Об'єктами дослiджень були екосистеми, що сформованi на територiї промислової площадки лакофарбового пiдприємства i зазнають хронiчного впливу викидiв. Рослинним компонентом об'єктiв наших дослiджень були деревно-чагарниковi рослини, якi безпосередньо зростають в умовах техногенної територiї з рiзним вiддаленням вiд джерела забруднення (50 м i 150 м) - клен гостролистий (Аcer platanoides), клен срiблястий (Аcer saccharinum L.), клен ясенелистий (Acer negundo L.), клен псевдоплатановий (Аcer pseudoplatanus L.), спiрея Вангутта (Spiraea van-houttei (Briot) Zab.), iва вавiлонська (Salix babi-lonica), робiнiя псевдоакацiя (Robinia pseudoacacia L.), каштан кiнський звичайний (Aesculus hippocastanum L.), липа дрiбнолиста (Tilia cordata Mill), тополя чорна (Populus nigra), тополя пiрамiдальна (Populus pyramidalis), тополя Боллє (Populus bolleana Lauche), горобина звичайна (Sorbus aucuparia L.), черемха пiзня (Padus cerotina), айлант найвищий (Ailanthus altissima Swingle), береза бородавчаста (Betula verrucosa), в'яз перистогiллястий (Ulmus pumila L.), бузок звичайний (Syringa vulgaris L.).

Вплив органiчних iнгредiєнтiв викидiв на сiльськогосподарськi рослини вивчали на прикладi кукурудзи в польових i лабораторних умовах; об'єктами дослiджень були гiбрид кукурудзи українсько-американської селекцiї Кадр 397 i вихiднi батькiвськi лiнiї ДК 417 i 751 i. Контрольна дiлянка була розташована в умовно екологiчно чистому Петрикiвському районi Днiпропетровської областi, вiддаленому вiд джерела органiчних аерогенних емiсiй на 50 км.

Методи дослiджень. Вiдбiр грунтових зразкiв здiйснювали за загальноприйнятою методикою (Аринушкина, 1970). Проби листкiв деревно-чагарнико-вих рослин вiдбирали в ранковi часи з урахуванням рози вiтрiв iз середньої частини крони i середньої частини однорiчного пагона. Визначення вмiсту органiчних розчинникiв в листках рослин i едафотопi проводили за модифiкованою нами методикою газохроматографiчного визначення органiчних розчинникiв, описаною в "Руководстве по аналитическому контролю..."(1985), модифiкацiя вмiщувала в себе пiдбiр наважки грунтових та рослинних зразкiв, встановлення оптимального часу екстрагування органiчних токсикантiв дiметилформамiдом; для кiлькiсного визначення вмiсту органiчних забруднювачiв використовували метод абсолютної калiбровки; обрахування площини пiкiв на хроматограмах i побудову калiбрувального графiка проводили методом найменших квадратiв за Доєрфелем (1969) i Налiмовим (1960), при використаннi програмно-апаратурного комплексу "Мультiхром" i ЕОМ. Кiлькiсне визначення пiгментiв проводили спектрофотометричним методом, концентрацiю пiгментiв розраховували за формулами Веттштейна i Miллера, наведеними В.Ф. Гавриленко (1975). Визначення чистої продуктивностi фотосинтезу проводили за методикою, описаною в "Практикуме по физиологии растений" (1990). Активнiсть ферментiв пероксидази, каталази i полiфенолоксидази визначали з однiєї наважки за Починком (1976). Визначення вмiсту аскорбiнової кислоти, глутатiону та загальної редукуючої активностi рослинної тканини проводили методом Петта в модифiкацiї Прокошева (1990). Площину листкiв визначали ваговим методом. Визначення iнтенсивностi транспiрацiї у зрiзаних листкiв проводили за допомогою торзiонних вагiв за Iвановим, визначення водного дефiциту проводили за загальноприйнятою методикою (Практикум по физиологии растений, 1990). Визначення загального вмiсту води в листках проводили ваговим методом, визначення вiльної i зв'язаної води - за Починком (1976). Фертильнiсть пилку визначали йодним методом за Паушевою (1988). Дiю органiчних iнгредiєнтiв промислових викидiв на сiльськогосподарськi рослини (на прикладi кукурудзи) дослiджували в модельних дослiдах при фумiгацiї об'єктiв в герметичних камерах. Результати експерименту обробленi статистично (Приседський, 2000; Рокицький, 1973; Iвантер, Коросов, 1992).

3. НАКОПИЧЕННЯ ОРГАНIЧНИХ ПОЛЮТАНТIВ КОМПОНЕНТАМИ ТЕХНОГЕННИХ ЕКОСИСТЕМ

Накопичення едафотопом органiчних iнгредiєнтiв промислових викидiв. З викидами Днiпропетровського лакофарбового заводу щороку до атмосфери без попередньої очистки, уловлювання i утилізацiї надходить ксилолiв - 123,529 т, толуолу - 15,861 т, ацетону - 45,627 т, бутилацетату - 25,875 т, бутилцелозольву - 1,613 т, етанолу - 5,752 т, бутанолу - 1,028 т, iзобутилу - 0,416 т, а також етилцелозольв та ряд iнших органiчних забруднювачiв (Отчёт об оценке экологического..., 1997), що не може не впливати на рослиннiсть та грунти, що знаходяться в сферi дiї викидiв.

Таблиця 1. Вмiст органiчних iнгредiєнтiв атмосферних викидiв в едафотопi промислової площадки лакофарбового заводу (шар 0-10 см), в мкг/г цiлковито сухого грунту (червень - серпень 1998 р.)

Для з'ясування питання про наявнiсть накопичення едафотопом техногенної територiї органiчних iнгредiєнтiв промислових викидiв нами були дослiдженi грунти на глибинi 0-10 см, що є прилеглими до основних цехiв-забруднювачiв. За результами аналiзiв встановлено накопичення едафотопом промислової площадки ацетону, етанолу, толуолу, орто-, мета- i пара-ксилолу (далi - "ксилол"), бутилацетату та етилцелозольву (табл. 1).

В рiзних точках промислової площадки вмiст i якiсний склад токсикантiв в едафотопi неоднаковий. Найбiльше забруднення поверхневого шару едафотопу встановлено бiля цеху виготовлення розчинникiв i цеху масляних емалей. На деяких дiльницях промислової площадки, локально, на рiзних глибинах, iнколи до 12 м вiд поверхнi, грунти забрудненi вiдходами технологiчного виробництва, що викликано хронiчними i аварiйними витiками речовин з пiдземних резервуарiв i цистерн. В зв'язку з цим насиченi рiдкими хiмiчними речовинами лесовi вiдкладення таких територiй набули нехарактерних для них кольорiв i вiдтiнкiв: чорнi, темно-сiрi, а також специфiчний запах органiчних сполук. За даними експерименту встановлено, що з органiчних компонентiв атмосферних викидiв у поверхневому шарi едафотопу найбiльш активно накопичується толуол та ксилол.

Акумуляцiя органiчних токсикантiв компонентами фiтоценоза. За результатами наших дослiджень встановлено накопичення рослинами техногенної територiї oрганiчних забруднювачiв (ацетону, толуолу, ксилолу, етанолу, бутилацетату). Вмiст токсикантiв в листi сильно варiював в залежностi вiд видової належностi рослин, хiмiчної природи токсиканта та його концентрацiї в оточуючому середовищi. Найбiльш високi концентрацiї iз знайдених полютантiв зафiксованi в листях рослин дослiджених видiв для ацетону, етанолу i ксилолу (1,18 - 85,30; 1,24 - 81,22 i 3,76 - 52,99 мкг/г сирої маси вiдповiдно). Характер динамiки накопичення органiчних ксенобiотикiв листями обумовлений специфiкою дiї токсиканта та видом рослин (рис. 1).

Рис. 1. Динамiка накопичення органiчних ксенобiотикiв листям рослин техногенної територiї, мг/г сирої маси

Для оцiнки поглинальної здатностi рослин по вiдношенню до органiчних ксенобiотикiв нами розроблена 9-ти бальна шкала, що дозволяє розбити дослiджуванi види рослин на групи, використовуючи в якостi критерiя накопичення листям декiлькох специфiчних для хiмiчного виробництва забруднювачiв (ацетону, етанолу i ксилолу). Були видiленi групи рослин з низькою (вiд слiдових кiлькостей до 5 мкг/г сирої маси), середньою (5 - 10 мкг/г сирої маси) i високою (10 i бiльше мкг/г сирої маси) здатнiстю до накопичення токсикантiв (табл. 2), що дозволяє рекомендувати останню групу рослин для озеленення техногенних територiй пiдприємств з органiчним типом забруднення з метою оптимiзацiї умов навколишнього середовища.

Таблиця 2. Оцiнка здатностi деревно-чагарникових рослин до сумарного накопичення органiчних iнгредiєнтiв промислових викидiв, в балах

4. ВПЛИВ ЕКОЛОГIЧНИХ УМОВ ПРОМИСЛОВОЇ ТЕРИТОРIЇ ХIМIЧНОГО ВИРОБНИЦТВА НА ПIГМЕНТНИЙ АПАРАТ ДЕРЕВНО-ЧАГАРНИКОВИХ РОСЛИН

Хлорофiли. Хiмiчнi забруднювачi, потрапляючи з атмосфери в листки рослин, локалiзуються, насамперед, в хлоропластах (Литвинова, Левон, 1986; Угрехелидзе, Дурмишидзе, 1984). В зв'язку з цим нами були проведенi дослiдження кiлькiсних характеристик хлорофiлу. Згiдно результатам аналiзiв вмiст хлорофiлiв a i b в листi рослин техногенної територiї мав тенденцiю до пiдвищення у порiвняннi з контролем, що розглядається нами як адаптивна реакцiя на хронiчну дiю комплекса органiчних забруднювачiв. В межах промислової площадки для деревно-чагарникових видiв, що ростуть на рiзнiй вiдстанi вiд джерела викидiв (50 м i 150 м), встановлено, що невисокi дози (слiдковi кiлькостi) ксенобiотикiв в атмосферному повiтрi здатнi стимулювати бiосинтез зелених пiгментiв, що приводить до їх бiльш високого накопичення в рослинах. Високi дози органiчних токсикантiв (вiдстань вiд джерела викидiв 50 м) справляли негативний вплив на процеси бiосинтеза хлорофiлiв. Оцiнка зв'язку мiж накопиченням токсикантiв i вмiстом фотосинтетичних пiгментiв показала наявнiсть статистично достовiрного корелятивного негативного зв'язку мiж рiвнем ацетону i вмiстом хлорофiлу а для Ailanthus altissima i Betula verrucosa , та позитивного зв'язку мiж рiвнем етанолу i вмiстом хлорофiлу а i b для Ulmus pumila i Populus pyramidalis. Аналогiчний характер кореляцiйного зв'язку мiж токсикантами та iдентичними видами рослин встановлено для показника суми каротиноїдiв.

Каротиноїди. Переважна кiлькiсть дослiджених видiв рослин в умовах хронiчного забруднення за вмiстом суми каротиноїдiв перевершувала контрольнi варiанти (рис. 2). Пiдвищення кiлькостi каротиноїдiв на фонi комплексного органiчного забруднення представляє особливий iнтерес як фактор захисту молекул хлорофiлiв вiд деструктивного впливу молекулярного кисню, що утворюється пiд дiєю свiтла. Беручи до уваги особливу роль жовтих пiгментiв в стiйкостi хлорофiлiв до фотоокислення, збiльшення кiлькостi каротиноїдiв можна розглядати як один з факторiв, що забезпечує толерантнiсть рослин до органiчних iнгредiєнтiв промислових викидiв.

Рис. 2. Вмiст суми каротиноїдiв в листi рослин техногенної територiї i контрольного участку, мг/г сирої маси

Проте нашими дослiдженнями встановлено, що для каротина, ксантофiла i суми каротиноїдiв в цiлому в рослинах в умовах високого рiвня забруднення (50 м вiд джерела викидiв) характерним є зниження вмiсту в порiвняннi з аналогiчними видами, зростаючими в 150 м вiд джерела викидiв. Така тенденцiя свiдчить про деструктивну дiю високих концентрацiй органiчних забруднювачiв на жовтi пiгменти, що, можливо, порушує процеси бiосинтеза каротиноїдiв i тим самим негативно впливає на вмiст зелених пiгментiв.

5. СТАН ФIЗIОЛОГО-БIОХIМIЧНИХ ПРОЦЕСIВ В РОСЛИНАХ ТЕХНОГЕННОЇ ТЕРИТОРIЇ НА ТЛI ЗАБРУДНЕННЯ ДОВКIЛЛЯ ОРГАНIЧНИМИ АЕРОПОЛЮТАНТАМИ

Активнiсть оксидоредуктаз як показник стiйкостi рослин до дiї органiчних ксенобiотикiв.

В сучаснiй науковiй лiтературi надто мала кiлькiсть робiт, висвiтлюючих питання про ефекти дiї саме органiчних ксенобiотикiв на рослиннi ферменти, хоча в основному ферментативнi системи рослини обумовлюють її адаптацiю до зовнiшнiх умов i обумовлюють зв'язок мiж внутрiшнiм i зовнiшнiм середовищем.

Органiчнi розчинники, якi поглиненi рослинами, справляли рiзноcпрямовану дiю на рiвень активностi каталази i пероксидази в листi.

Для видiв рослин з низькою здатнiстю до поглинання забруднювачiв встановлена тенденцiя пiдвищення активностi каталази в умовах промислового забруднення; для представникiв груп з середньою i високою здатнiстю до поглинання токсикантiв вiдмiчений рiзнонаправлений вiдгук каталази, який проявляється також в межах одного роду: так, для A. negundo i A. platanoides зафiксовано збiльшення, а для A. pseudoplatanus i A. saccharinum - зменшення активностi каталази протягом вегетацiйного перiоду в умовах техногенного середовища (рис. 3).

Рис. 3. Активнiсть каталази листя рослин в умовах техногенної територiї i контрольного участку, в мкмоль перекису водня, що розкладається 1 г листя за 1 хвилину

Неоднозначна вiдповiдна реакцiя пероксидази, яка проявляється в збiльшеннi (або зменшеннi) рiвня її активностi в листках, вiдмiчена в кожнiй iз видiлених нами груп рослин. Такi рiзницi в формуваннi вiдповiдної реакцiї ферментних систем каталази i пероксидази на забруднення середовища органiчними полютантами ми вiдносимо на iндивiдуальнi особливостi рiзних видiв рослин, що проявляються в рiзнiй здатностi до розвитку адаптивних фiзiолого-бiохiмiчних реакцiй.

Для деревно-чагарникових рослин встановлено збiльшення рiвня активностi полiфенолоксидази на 5-164% на тлi органiчного забруднення середовища незалежно вiд приналежностi рослин до груп з рiзною здатнiстю до поглинання токсикантiв, що дає можливiсть використання полiфенолоксидази для фiтоiндикацiї наявностi забруднення середовища органiчними полютантами.

Система антиоксидантного захисту як показник функцiонального стану рослин в техногенних умовах. Вiдповiдно до результатiв наших дослiдiв вмiсту аскорбiнової кислоти та глутатiону в листi рослин техногенної територiї та враховуючи важливу роль даних сполук у формуваннi антиоксидантного статуса рослинного органiзма, нами встановлено збiльшення вмiсту аскорбiнової кислоти, глутатiону, а також пiдвищення рiвня загальної редукуючої активностi листя у видiв рослин з високою здатнiстю до поглинання токсикантiв органiчної природи - A. altissima, B. verrucosa, U. pumila, P. bolleana, S. vulgaris. Цей факт дозволяє рекомендувати використання рiвня антиоксидантiв як характеристику видiв, що є найбiльш активними поглиначами органiчних забруднювачiв.

6. ВОДНИЙ РЕЖИМ ДЕРЕВНО-ЧАГАРНИКОВИХ РОСЛИН В УМОВАХ ЗАБРУДНЕННЯ ЕКОТОПУ ОРГАНIЧНИМИ КСЕНОБIОТИКАМИ

Загальний вмiст, фракцiйний склад води, концентрацiя i осмотичний тиск клiтинного соку. Водний обмiн є одним з найбiльш динамiчних процесiв в рослинах i знаходиться в тiснiй кореляцiї з другими процесами його життє-дiяльностi. Вивчення загального вмiсту води в листях деревно-чагарникових рослин виявило зменшення даного показника в умовах забруднення середовища органiчними полютантами, що супроводжується зменшенням вмiсту вiльної води i кiлькiсним зростом рiзних фракцiй зв'язаної води.

Для дослiджених S. aucuparia, T. cordata, P. pyramidalis i R. pseudoacacia в умовах техногенної територiї встановлено збiльшення концентрацiї розчину клiтинного соку та його осмотичного тиску на 9, 13, 16, 21% i 13, 15, 20, 23% вiдповiдно, що викликано хронiчною дiєю комплекса органiчних ксенобiотикiв за умов несприятливої екологiчної ситуацiї.

Водний дефiцит i iнтенсивнiсть транспiрацiї. На прикладi S. babilonica, R. pseudoacacia i S. aucuparia показано значне збiльшення iнтенсивностi транс- пiрацiї на тлi дiї органiчних аерополютантiв. Iнтенсивнiсть транспiрацiйного процесу в умовах рiзного рiвня забруднення була видоспецифiчна. Нарiвнi з цим спостерiгалися великi, в порiвняннi з контрольними варiантами, значення водного дефiциту для рослин, що вiднесенi за поглинальною здатнiстю до забруднювачiв в рiзнi групи (рис. 4).

Рис. 4. Водний дефiцит листя рослин в умовах техногенної територiї i контрольного участку, % до ваги води в насиченому листi за 120 хвилин насичення

7. АУТОЕКОЛОГIЧНА СТIЙКIСТЬ СIЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ РОСЛИН В УМОВАХ СТЕПОВОГО ПРИДНIПРОВ'Я (НА ПРИКЛАДI КУКУРУДЗИ)

Накопичення органiчних ксенобiотикiв вегетативними органами. В результатi наших дослiджень встановлено факт накопичення окремих органiчних iнгредiєнтiв промислових

Невелика кiлькiсть толуолу в листi та коренях кукурудзи дослiдних генотипiв, в порiвняннi з iншими ксенобiотиками, пояснюється його активним залучанням до метаболiзму рослинної клiтини та перетворенням в iншi сполуки (Угрехелiдзе, Дурмiшидзе, 1984).

Еколого-морфологiчнi показники стану рослин. Специфiчнi екологiчнi умови техногенної територiї приводили до значного зменшення висоти кукурудзи (на 25-61%) лiнiй ДК 417, 751 i та гiбрида Кадр 397 на протязi всього вегетацiйного перiоду, що супроводжувалось зменшенням площини листової поверхнi тим сильнiше, чим ближче до джерела викидiв зростали дослiднi варiанти (табл. 4).

Таблиця 4. Змiни площини листкiв кукурудзи на тлi хронiчної дiї комплекса органiчних забруднювачiв

Примiтка: * - 50 м , ** - 150 м вiд джерела промислових викидiв

Зниження розмiрiв фотосинтетично активної площини рослин спiввiдноситься з встановленим зменшенням чистої продуктивностi фотосинтезу для ку-курудзи усiх дослiдних генотипiв, що зростала в умовах забруднення середовища полютантами органiчної природи.

Пiгментний апарат кукурудзи в умовах забруднення довкiлля органiчними полютантами. Вплив органiчних забруднювачiв на рослини кукурудзи рiзних генотипiв на протязi всього перiоду вегетацiї викликав зниження вмiсту хлорофiлiв, особливо в фазi 10-го листа i молочно-воскової стиглостi качанiв (на 16-51% i 25-52% вiдповiдно), а також зниження кiлькостi каротиноїдiв (на 15-55%), що було найбiльш виражено в безпосереднiй близькостi рослин вiд джерела викидiв.

Змiна фiзiолого-бiохiмiчних процесiв кукурудзи в умовах органiчного забруднення середовища. Нашими дослiдженнями каталази i пероксидази листкiв кукурудзи гiбрида Кадр 397 i батькiвських лiнiй 751 i i ДК 417 встановлено значне зниження активностi ферментiв в умовах впливу викидiв хiмiчного виробництва. Для полiфенолоксидази зафiксовано збiльшення активностi, особливо для гiбрида Кадр 397. Для усiх варiантiв дослiду в умовах промислової площадки нами зафiксовано значне пiдвищення водного дефiциту, яке супроводжувалoсь зменшенням оводненостi листiв. В умовах модельного експеримента на 18-тиденних паростках кукурудзи рiзних генотипiв, окурених парами ацетона протягом доби, встановлена наявнiсть токсиканта в листi та коренях, пiдвищення вмiсту хлорофiлiв в листi, зниження активностi каталази i пероксидази, а також значне збiльшення активностi полiфенолоксидази в листi i коренях, що свiдчить про активний вiдгук усiх систем життєзабезпечення кукурудзи рiзних генотипiв як на хронiчний вплив органiчних ксенобiотикiв, так i на разову дiю токсиканта в гострiй концентрацiї, що дає можливiсть використання кукурудзи зазначених генотипiв для iндикацiї забруднення довкiлля комплексом органiчних ксенобiотикiв.

Фертильнiсть пилку в умовах забруднення середовища органiчними iнгредiєнтами. Результати польового дослiда свiдчать про негативну дiю комплекса органiчних забруднювачiв на фертильнiсть пилку кукурудзи, що проявляється в зниженнi процента фертильних пилкових зерен i збiльшеннi кiлькостi cтерильних. Ступiнь таких змiн специфiчна для рiзних генотипiв кукурудзи.

ВИСНОВКИ

1. В умовах техногенного забруднення середовища встановлено накопичення поверхневим шаром едафотопу органiчних полютантiв: ацетону, толуолу, ксилолу, етанолу, бутилацетату i етилцелозольву. Iз iдентифiкованого спектра забруднювачiв едафотоп найбiльш активно накопичує толуол i ксилол.

2. За здатнiстю до накопичення органiчних ксенобiотикiв дослiджуванi види деревно-чагарникових рослин розподiленi на 3 групи: 1 - висока (Ailanthus altissima, Betula verrucosa, Ulmus pumila, Acer pseudoplatanus, Populus bolleana, Syringa vulgaris), 2 - середня (Robinia pseudoacacia, Acer negundo, Acer saccha-rinum, Aesculus hippocastanum, Tilia cordata, Populus nigra, Populus pyramidalis, Sorbus aucuparia, Padus cerotina) i 3 - низька (Acer platanoides, Spiraea vanhouttei, Salix babylonica) поглинальна здатнiсть. Iз iдентифiкованих забруднювачiв рослини особливо активно поглинають ацетон, етанол, ксилол, вiдрiзнюючись специфiкою динамiки накопичення токсикантiв впродовж вегетацiйного перiоду.

3. Змiна рiвня вмiсту пiгментiв в листi рослин техногенної територiї розглядається як загальна неспецифiчна реакцiя рослинного органiзму на промислове забруднення. Особливiсть вiдповiдної реакцiї пiгментної системи рослин, що проявляється в збiльшеннi вмiсту хлорофiлiв i каротиноїдiв, залежить вiд природи органiчних токсикантiв i видових характеристик рослин.

4. Кореляцiйний аналiз показав наявнiсть негативного корелятивного зв'язку мiж накопиченням ацетону i вмiстом пiгментiв (хлорофiла а та суми каротиноїдiв) для Ailanthus altissima i Betula verrucosa, i позитивного корелятивного зв'язку мiж накопиченням етанолу i кiлькiстю суми каротиноїдiв, хлорофiлу а, хлорофiлу b для Ulmus pumila i Populus pyramidalis.

5. Для рослин техногенних екотопiв, що зазнають хронiчного впливу комплекса органiчних ксенобiотикiв, встановлено збiльшення рiвня активноcтi полiфенолоксидази, що дозволяє використовувати даний показник для iндикацiї забруднення середовища органiчними токсикантами.

6. Деревно-чагарниковi види, вiднесенi до групи з високою здатнiстю до поглинання органiчних токсикантiв, вiдрiзняються збiльшеним вмiстом аскорбiнової кислоти i глутатiону в листi.

7. Водний обмiн рослин характеризується зменшенням вмiсту вiльної та збiльшенням зв'язаної води при значному пiдвищеннi водного дефiциту i збiльшеннi iнтенсивностi транспiрацiї, концентрацiї i осмотичного тиску клiтинного соку. Вiдповiдна реакцiя рослинного органiзму на забруднення органiчними полютантами видоспецифiчна.

8. Рослини кукурудзи, незалежно вiд генотипу, мають чiтко виражену здатнiсть до накопичення органiчних ксенобiотикiв як надземними, так i пiдземними органами. На тлi забруднення середовища органiчними емiсiями промислового походження у гiбрида кукурудзи Кадр 397 i лiнiй ДК 417 i 751 i спостерiгається зменшення iнтенсивностi росту рослин у висоту i наростання площини листя, зменшення вмiсту фотосинтетичних пiгментiв, активностi оксидоредуктаз i вмiсту фiзiологiчно активних речовин при пiдвищеннi водного дефiциту, що, в цiлому, позначається на продуктивностi культури. Ступiнь вiдбиття встановлених змiн є специфiчним для рiзних генотипiв кукурудзи в польових i лабораторних умовах.

На пiдставi проведених дослiджень зробленi наступнi рекомендацiї:

1. Рекомендовано використання матерiалiв оцiнки поглинальної здатностi деревно-чагарникових рослин в пiдборi асортименту для проектiв планування санiтарно-захисних зон i озеленення промислових площадок лакофарбових i близьких до них за профiлем виробництв. Для створення зелених насаджень з високою середовищеперетворювальною здатнiстю на територiї промислових майданчикiв лакофарбових виробництв пропонується використання таких видiв, як Ailanthus altissima, Betula verrucosa, Ulmus pumila, Acer pseudoplatanus, Populus Bolleana, Syringa vulgaris.

2. Рекомендовано використання рiвня вмiсту хлорофiлiв i каротиноїдiв, активноcтi полiфенолоксидази, вмiсту аскорбiнової кислоти та глутатiону для фiтоiндикацiї забруднення навколишнього середовища токсикантами органiчної природи.

ОПУБЛIКОВАНI ПРАЦI, ЩО ВIДБИВАЮТЬ ОСНОВНI ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦIЇ

рослина викид промисловий

1. Мыльникова О.А. Влияние выбросов химического производства на накопление ацетона и ферментативную активность почв // Питання степового лiсознавства та лiсової рекультивацiї земель. Мiжвуз. зб. наук. пр. - Днiпропетровськ: ДДУ, 1999. - С. 138-140.

2. Мильнiкова О.О. Вплив викидiв лакофарбового виробництва на фiзiолого-бioхiмiчнi показники кукурудзи // Вiсник Днiпропетровського унiверситету. Бiологiя. Екологiя. - Днiпропетровськ: 1999, вип. 6. - С. 108-113.

3. Долгова Л.Г., Мильнiкова О.О. Пiгментнi системи рослин в умовах забруднення атмосфери викидами хiмiчного виробництва // Питання бiоiндикацiї та екологiї. Мiжвiд. зб. наук. пр. - Запорiжжя, 2000, вип. 5, № 1. - С. 26-32.

4. Мыльникова О.А. Накопление ингредиентов выбросов лакокрасочного завода растениями и почвой // Питання степового лiсознавства та лiсової рекультивацiї земель. Мiжвуз. зб. наук. пр. - Днiпропетровськ: ДДУ, 2000. - С. 137-141.

5. Мыльникова О.А., Долгова Л.Г. Активность оксидоредуктаз как показатель устойчивости растений к действию органических ксенобиотиков // Питання степового лiсознавства та лiсової рекультивацiї земель. Мiжвуз. збiрн. наук. пр. - Вип. 5, Днiпропетровськ: ДНУ, 2001. - С. 120-125.

6. Долгова Л.Г., Мильнiкова О.О., Кучма В.Н. Роль грунту i рослин в бiологiчному очищеннi середовища вiд ксенобiотикiв // Науковий вiсник Уманського державного педагогiчного унiверситету iм. Павла Тичини. Бiологiя. - Київ: Наук. свiт, 2000. - С. 37-41.

7. Мильнiкова О.О. Забруднення грунту толуолом в зонi викидiв лакофарбового завода // Тези доповiдей 5-тої Мiжнародної конференцiї "Францiя та Україна, науково-практичний досвiд у контекстi дiалогу нацiональних культур" (Днiпропетровськ, 19-21 травня 1998 р.). - Т.2, ч. III. - Днiпропетровськ: Арт-Прес, 1998. - С. 27-28.

8. Мыльникова О.А. Загрязнение почвы ацетоном в зоне влияния выбросов химического предприятия // Тези мiжнародної конференцiї "Питання бiоiндикацiїi екологiї" (Запорiжжя, 21-24 вересня 1998 р.). - Запорiжжя, 1998. - С. 166.

9. Мыльникова О.А., Долгова Л.Г. Накопление растениями ингредиентов выбросов лакокрасочного предприятия // Материалы Международной научной конференции "Регуляция роста, развития и продуктивности растений" (Минск, 9-10 ноября 1999 г.). - Минск, 1999. - С. 202-203.

10. Мильнiкова О.О., Долгова Л.Г. Вмiст пiгментiв в листках деревних рослин в умовах хiмiчного виробництва // Матерiали I Мiжнародної наукової конференцiї "Проблеми фундаментальної та прикладної екологiї" (Кривий Рiг, 22-23 грудня 1999 р.). - Ч.I. - Кривий Рiг, 1999. - С. 61-62.

11. Долгова Л.Г., Мыльникова О.А., Накопление органических ингредиентов промышленных выбросов эдафотопом // Материалы 3-й Российской биогеохимической школы "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы" (Горно-Алтайск, 4-8 сентября 2000 г.). - Новосибирск: Сибирское отделение РАН, 2000. - С. 245-246.

12. Мыльникова О.А., Долгова Л.Г. Экологические аспекты использования плодовых культур для озеленения техногенных территорий // VII науково-методична конференцiя "Людина та навколишнє середовище - проблеми безперервної екологiчної освiти в ВУЗах" (Одеса, 13-15 вересня, 2000 р.) Зб. наук. пр. - Одеса, 2000. - С. 125.

13. Мыльникова О.А. Влияние органических загрязнителей на физиолого-биологические особенности древесно-кустарниковых растений // Тези Мiжнародної конференцiї "Проблеми сучасної екологiї" (Запорiжжя, 20-22 вересня 2000 р.). - Запорiжжя, 2000. - С. 27.

14. Долгова Л.Г., Мыльникова О.А. Эффект действия ацетона на физиолого-биохимические характеристики кукурузы // Материалы Международной научно-практической конференции "Геоэкологические и биоэкологические проблемы северного Причерноморья" (Тирасполь, 28-30 марта 2001 г.). - Тирасполь, 2001. - С. 91-92.

15. Мильнiкова О.О., Долгова Л.Г. Екофiзiологiчне обгрунтування використання деяких видiв роду Acer для фiтооптимiзацiї умов промислового середовища // Тези доповiдей четвертої мiжнародної конференцiї "Наука i освi- та 2001" (Днiпропетровськ - Днiпродзержинськ - Харкiв - Черкаси - Житомир, 1-15 лютого 2001 р.). - Т. 12. Бiологiя та сiльське господарство. - Днiпропетровськ: Наука i освiта, 2001. - С. 27.

16. Мыльникова О.А., Долгова Л.Г. К вопросу о контроле содержания органических растворителей в эдафотопах техногенных территорий // Сборник тезисов 5-ой Пущинской конференции молодых учёных "Биология - наука 21-го века" (Пущино, 16-20 апреля 2001 г.). - Пущино, 2001. - С. 264.

Размещено на Allbest.ru