Фітоіндикація забруднення автотранспортом культурфітоценозів в межах Дніпропетровського мегаполісу

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Одним із найдієвіших засобів оздоровлення сучасного міського середовища є розвиток оптимально сформованої системи зелених насаджень. Застосування в озелененні міських вулиць посадок дерев, чагарників та квітникових рослин має на меті створення культурфітоценозів - угруповань, максимально наближених до природних фітоценозів, здатних до самовідтворення та очищення довкілля (Левон, 2003; Бессонова, 2001; Лихолат, 2001). Проте існуючий рівень забруднення міст перевищує здатність рослин до самоочищення, призводячи до погіршення їх стану (Бурда, 1991; Коршиков, 1996). Відомості про реакцію декоративних квітникових рослин на викиди автотранспорту дуже обмежені, хоча використання змін їх морфофункціональних показників для розробки системи індикації антропогенно трансформованого середовища є перспективним. Серед біологічних методів оцінки стану довкілля використання індикаційних можливостей рослин має переваги перед інструментальними методами, оскільки останні не дають можливості виявити характер одночасної дії декількох полютантів. Тому пошуки інформативних тест-об'єктів і чутливих показників для фітоіндикації - одне з найважливіших завдань екології. З цієї точки зору використання декоративних квітникових рослини як біоіндикаторів забруднення культурфітоценозів є перспективним. Це пов'язано з широким їх застосуванням в озелененні, а велика кількість і відтворення особливостей об'єктів - основні вимоги, що висуваються до біоіндикаторів. Дослідження біологічних особливостей квітникових декоративних рослин та можливості їх використання для фітоіндикації забруднення автотранспортом культурфітоценозів набувають актуальності.

Мета та завдання дослідження. Мета роботи - проаналізувати дію інгредієнтів автотранспортних викидів на біологічні показники декоративних квіткових рослин для виявлення інформативних тест-показників та тест-об'єктів для фітоіндикації забруднення викидами автотранспорту культурфітоценозів, оцінити можливості екологічного нормування росту, розвитку і цвітіння рослин за цих умов.

Для досягнення мети поставлені такі завдання:

– дослідити склад автотранспортних викидів та накопичення їх у вегетативних органах декоративних квітникових рослин культурфітоценозів;

– виявити особливості впливу викидів автотранспорту на ріст вегетативних органів різних видів декоративних рослин та охарактеризувати прояви морфогенезу пагонів, листків, квіток та суцвіть за цих умов;

- простежити напрямок і ступінь анатомо-функціональних змін фотосинтетичного апарату досліджуваних рослин за дії викидів автотранспорту;

- визначити найбільш чутливі види до впливу автотранспортних викидів за показниками цвітіння, насіннєвої продуктивності та якості насіння декоративних квітникових рослин культурфітоценозів;

– проаналізувати видові особливості дії йонів свинцю, пріоритетного за токсичністю компонента викидів автотранспорту, на початкові стадії росту квіткових рослин;

– визначити ступінь корелятивно-регресійних залежностей між зміною біохімічних та морфологічних параметрів рослин та рівнем забруднення культурфітоценозів для встановлення тест-об'єктів та тест-показників для фітоіндикації забруднення довкілля викидами автотранспорту;

– установити можливість екологічного нормування процесів росту та цвітіння квіткових рослин забруднених зон за допомогою синтетичних регуляторів росту рослин.

1. Обґрунтування проблеми досліджень

У розділі розглянуто внесок у забруднення міського середовища автотранспортних викидів та їх вплив на морфофункціональні реакції рослин у польових та модельних дослідах, описано основні принципи методів біоіндикації та використання рослин для фітоіндикації умов техногенно трансформованого середовища, роль квітникових рослин у культурфітоценозах сучасних мегаполісів. На основі аналітичного огляду літературних джерел зроблено висновок про загострення проблеми забруднення міських територій викидами автотранспорту та пріоритетність використання декоративних квітникових рослин для фітоіндикаційних досліджень забруднення культурфітоценозів викидами автотранспорту.

2. Фізико-географічна та екологічна характеристика району досліджень. Об'єкти і методи досліджень

Надано характеристику рельєфу, ґрунтового покриву, кліматичних та екологічних умов Дніпропетровської області та її обласного центра.

Основні дослідження проводилися в культурфітоценозах на двох дослідних ділянках, які відрізнялися за рівнем забруднення (автотранспортне навантаження становило 26200 автомобілей за добу (ділянка 1) та 36280 автомобілей за добу (ділянка 2). При виявленні можливості використовувати той чи інший показник для фітоіндикації забруднення середовища за допомогою декоративних рослин дослідження проводили за градієнтом забруднення (ділянки 1, 2 та 3). Контрольні рослини вирощували в умовно чистій зоні (смт Петриківка Дніпропетровської області). У дослідженнях використано 41 вид декоративних квітникових рослин. Вихідною передумовою для постановки польового експерименту було додержування вирівняності агрохімічного фону при вирощуванні рослин. Розміщення ділянок проводили рендомізованим методом.

У модельному експерименті з дослідження впливу йонів Pb2+ на схожість, динаміку та енергію проростання насіння як джерело свинцю використовувався Pb(NO3)2. Комбіновану дію нітроген (IV) оксиду та йонів свинцю досліджували в умовах модельного експерименту. Рослини вирощували на живильному середовищі Кнопа з додаванням мікроелементів за Хоглендом. Дослід проводили за схемою ПФЕ 22. Нижні рівні варіювання факторів: 1 ГДК Pb2+ (32 мг/л) та 1 ГДК NO2 (0,085 мг/м3); верхні - 15 ГДК Pb2+ (480 мг/л) та 5 ГДК NO2 (0,425 мг/м3). Оцінку морфометричних показників здійснювали за Р.М. Клейном і Д.Т. Клейном (1974), пошкодження листкової поверхні - за В.С. Ніколаєвським (1979), металостійкість рослин до свинцю - методом кореневого тесту (Wilkins, 1978). Хімічний склад повітря та викидів автотранспорту досліджувався в лабораторії спостереження за забрудненням атмосферного повітря м. Дніпропетровська. Кількість металів у зразках ґрунту і рослин визначали методом атомно-абсорбційної спектроскопії (Славин, 1971). Анатомічні та гістохімічні дослідження проводили на постійних препаратах товщиною 10-15 мкм. Гістохімічне визначення вмісту нуклеїнових кислот, білків, SS- та SH-груп здійснювали за У. Дженсен (1965) та Г. Баром (1969), життєздатність пилку - за В.С. Шардаковим, методом крохмальної проби та шляхом його пророщування (Паушева, 1970), вмісту хлорофілу здійснювали за Веттштейном (1975). Кількість цукрів у генеративних та вегетативних органах установлювали за Г.Х. Починком (1976). Визначення активності сахаросинтетази проводили резорциновим методом (Павлинова, Прасолова, 1980), фосфорилази, альдолази та інвертази - за А.І. Єрмаковим зі співавторами (1972), фруктозодифосфатальдолази - за Т.В. Лихолат і Є.В. Морозовою (1970). Для оптимізації процесів росту і цвітіння рослини тричі обприскувалися 24-епібрасинолідом у дозі 5 мкг/л, полістимуліном К - 10 мг/л діючої речовини. Одержані дані опрацьовані методами математичної статистики (Лакін, 1990) та за допомогою пакету прикладних програм MS Excel 2003, Statistika 6.0.

Склад форм хімічних сполук інгредієнтів викидів автотранспорту та фітоіндикація забруднення культурфітоценозів.

За даними хромато-мас-спектрального аналізу викиди автотранспорту складаються з 1000-1200 шкідливих сполук органічної та неорганічної природи (Русіло, 2008) і тільки 200 з них ідентифіковані. Найбільшу техногенну небезпеку в порівняно незначних концентраціях становлять наявні у відпрацьованих газах автомобіля токсичні речовини, зокрема сполуки Pb, Fe, Mn, Zn, Cu, Cr, Cd, Ni, брому та сірки, монооксид вуглецю, диоксид азоту, вуглеводні та їхні похідні.

У листках та коренях рослин придорожньої зони накопичується більша кількість важких металів, що містяться у викидах автотранспорту, ніж в умовно чистій зоні. Вміст як у коренях, так і в листках таких елементів, як Fe, Mn, Zn, Сu, не перевищує фізіологічної норми, а Pb, Cd, Ni, Cr - критичних величин, за винятком Pb. Сумарна кількість важких металів набагато перевищує контрольні значення. Коефіцієнт відносного накопичення декількох важких металів найвищий у листках BegoniaЧsemperflorens (Fe, Zn, Cu, Cr), Chrysanthemum leucanthemum (Fe, Mn, Pb), Salvia splendens (Pb, Ni, Cr). За величиною коефіцієнта відносного накопичення важкі метали в листках рослин із зони середнього рівня забруднення розташовуються в наступній послідовності: Pb>Cr>Сu>Ni>Zn>Cd> Fe?Mn; більшого автотранспортного навантаження: Pb>Cr>Ni>Zn>Cd>Mn>Сu ?Fe. У коренях ці елементи можна розташувати так: Pb>Cr>Ni>Zn>Cd?Fe>Сu> Mn та Pb>Cr?Ni>Zn>Сu?Cd>Fe > Mn. Порядок їх розташування в ряду для коренів на ділянці з меншим та більшим рівнем забруднення відрізняється мало. За величиною відносних коефіцієнтів накопичення ряду важких металів для фітоіндикації забруднення довкілля цими полютантами можуть бути застосованими Chrysanthemum leucanthemum, Salvia splendens, BegoniaЧsemperflorens.

Фітоіндикація забруднення довкілля автотранспортом за ростом та станом асиміляційного апарату декоративних квіткових рослин культурфітоценозів.

Ріст рослин та автотранспортне забруднення. Ріст є одним з найінформативніших показників загального стану організму та життєздатності і перспективності вирощування рослин. На ділянці із середнім рівнем забруднення в більшості рослин спостерігається відносно слабке пригнічення росту порівняно з контролем. В умовах сильного забруднення найсильніше зменшується висота рослин (у межах від 67,0 до 81,64 % відносно контролю) у BegoniaЧsemperflorens, Chrysanthemum leucanthemum, Cineraria maritime, Paeonia lactifolia, Salvia splendens. Достовірний зв'язок (R2>0,5, Р < 0,05) між рівнем забруднення та висотою рослин виявлено в таких видів, як BegoniaЧsemperflorens, Chrysanthemum leucanthemum, DahliaЧcultorum, Paeonia lactifolia, Salvia splendens (рис. 1). Ці види можна рекомендувати для індикації забруднення середовища викидами автотранспорту за інгібуванням росту рослин у висоту. Кількість бічних пагонів за цих умов сильно скорочується у BegoniaЧsemperflorens, Heliopsis scabra, Salvia splendens, Zinnia elegans, а у Chrysanthemum leucanthemum їх число зростає.

Найчутливішими видами до впливу вихлопів за комплексом біометричних ознак є BegoniaЧsemperflorens, Zinnia elegans, Chrysanthemum leucanthemum, Paeonia lactifolia та Salvia splendens. Вони мають найбільш чітко виражену реакцію доза-ефект і можуть використовуватися у фітомоніторингових дослідженнях як рослини-індикатори забруднення автотранспортом культурфітоценозів.

Асиміляційний апарат декоративних квіткових рослин за дії інгредієнтів вихлопів автотранспорту. За умов середнього рівня забруднення формування листків найсильніше гальмується у Hosta lancifolia, Zinnia elegans, Paeonia lactifolia. Більше ніж на ділянці 1 зменшується облистяність пагонів у Salvia splendens, Chrysanthemum leucanthemum, Zinnia elegans, Paeonia lactifolia, значніше ніж на 40 % порівняно з контролем. Негативний вплив викидів автотранспорту на ріст листків проявляється або на тому ж рівні, що на кількість листків, або на дещо меншому залежно від виду. Виявлено морфози листкової пластинки найчастіше у таких видів, як Heliopsis scabra, Salvia splendens, Cineraria maritime, Coreopsis lanceolata, Paeonia lactifolia.

На основі кореляційно-регресійного аналізу встановлено, що Begonia Ч semperflorens, Chrysanthemum leucanthemum, DahliaЧcultorum, Paeonia lactifolia та Salvia splendens є індикаторними видами площі листків та їх кількості на рослині за умов різного рівня забруднення культурфітоценозів. Найсуттєвіше скорочується асиміляційна площа рослин на обох дослідних ділянках у Zinnia elegans, BegoniaЧsemperflorens, Salvia splendens, Chrysanthemum leucanthemum. Пошкодження листків у вигляді крайового, плямистого та крапчастого некрозів, хлорозів проявляється лише в другій половині вегетації різною мірою в досліджених видів.

Моделювання впливу інгредієнтів автотранспортних викидів (SO2, NO2 та Pb) на ріст декоративних квіткових рослин. Установлено, що йони свинцю та нітроген (IV) оксид значно інгібують ростові процеси надземних та підземних вегетативних органів Calendula officinalis, Tagetes patula, Salvia splendens та Chrysanthemum leucanthemum. Токсичний ефект йонів свинцю був більшим, ніж вплив нітроген (IV) оксиду, на такі показники, як довжина головного кореня та загальна довжина бічних коренів. Нітроген (IV) оксид мав більший негативний ефект на висоту рослин, площу асиміляційного апарату, площу листкової пластинки, кількість листків на рослині у всіх досліджуваних видів та координованість розвитку надземної та підземної частин у Calendula officinalis, Salvia splendens та Chrysanthemum leucanthemum. За дії досліджуваних речовин у рослин Calendula officinalis, Salvia splendens та Chrysanthemum leucanthemum виявлено тератологічні зміни в морфологічній будові листків, порушення їх розташування на стеблі, а також скручуваність стебел, їх зростання. Слід зазначити, що переважним ефектом взаємодії полютантів був антагонізм, що відображає дію адаптивних механізмів рослин. Для умовної оцінки чутливості досліджуваних видів до дії окремих складових інгредієнтів автотранспортних викидів (SO2, NO2 та Pb) було складено порівняльну таблицю у якій відображено ступінь чутливості декоративних рослин 10 видів. Виявлено рослини-індикатори забруднення середовища кислими газами (Calendula officinalis, Salvia splendens та Chrysanthemum leucanthemum) та йонами свинцю (Salvia splendens).

Фітоіндикаційний аспект дослідження анатомічної будови листків та інтенсивності фотосинтезу декоративних квіткових рослин за дії інгредієнтів викидів автотранспорту. Єдиної спрямованості змін у досліджуваних видів у напрямку ксероморфізації структури листка за умов забруднення автотранспортом культурфітоценозів не спостерігається. В одних рослин потовщується кутикула, в інших товщина епідерми, зростає відношення стовпчастої паренхіми до губчастої, збільшується продиховий індекс, в інших продихи зменшуються, але збільшується їх щільність на одиницю площі епідермісу. Найсуттєвіше ці зміни виражені у Tagetes patula та Aster novi-belgii. У ряду видів, навпаки, відбувається потовщення губчастого мезофілу і збільшення його відношення до стовпчастого, зменшення індексу ксероморфності (Salvia splendens, Calendula officinales, Canna indica). Найбільш інформативними індикаторними видами, у яких посилюються риси ксероморфності, є Tagetes patula та Aster novi-belgii, сукулентності - Chrysanthemum leucanthemum, Paeonia lactifolia, Salvia splendens. За умов хронічної дії вихлопів автотранспорту зменшується в листках кількість хлорофілу (а+b). Зниження вмісту хлорофілу відбувається суттєвіше за рахунок хлорофілу а. Кількість хлорофілу b під впливом забруднювачів хоч і зменшується, частка його в листках від суми зелених пігментів за умов забруднення зростає, а в Tagetes patula його кількість навіть перевищує контрольні показники, що можна розглядати як неспецифічну адаптацію на дію інгредієнтів автотранспортних викидів. На основі проведеного кореляційно-регресійного аналізу BegoniaЧsemperflorens, Impatiens balsamina, Salvia splendens, Canna indica та Paeonia lactifolia виділені як види-індикатори забруднення автотранспортом фітоценозів за зміною кількості хлорофілу (a+b) у листках.

Вміст сполук, що визначають флоральний морфогенез, в екологічній діагностиці фітотоксичного впливу викидів автотранспорту.

Вміст неструктурних вуглеводів та активність ферментів їх обміну у вегетативних органах. Вуглеводи відносяться до найважливіших трофічних чинників цвітіння і формування плодів. Вивчення їх кількісних змін проводили в листках відносно стійкого виду (Tagetes patula) та чутливого (Salvia splendens) до викидів автотранспорту. Встановлено суттєві зміни в кількісному вмісті цукрів й активності ферментів вуглеводного обміну стосовно контролю в листках дослідних ділянок протягом вегетації. Концентрація сахарози і глюкози суттєво зростала в листках обох досліджуваних видів і ставала нижчою за контрольні значення лише в кінці вегетації. Вміст фруктози, навпаки, значно нижчий у листках Tagetes patula обох дослідних ділянок. У нестійкого виду Salvia splendens кількість моносахариду підвищується стосовно контролю, особливо в умовах більшого забруднення. У вмісті крохмалю відбуваються найзначніші зміни. Його кількість знижується стосовно контрольних значень, особливо у Salvia splendens за умов більшого забруднення. Неоднозначність кількісних змін різних форм неструктурних вуглеводів за дії інгредієнтів викидів автотранспорту пояснюється різноспрямованим впливом їх на активність різних ферментів, що регулюють обмін цукрів і крохмалю. Активність фосфорилази та сахаросинтетази, інвертази та альдолази зростає, а гідролітична активність фосфорилази, та амілази інгібується. Крім того, вміст цукрів залежить від пригнічення їх відтоку в атрагуючі органи, про що свідчить падіння їх кількості у коренях, стеблових апексах та зачатках квіток. На основі кореляційно-регресійного аналізу встановлено, що зміна активності сахаросинтетази в листках Salvia splendens і Tagetes patula за умов різного рівня забруднення культурфітоценозів викидами автотранспорту є тест-параметром для фітоіндикації відповідного рівня забруднення в культурфітоценозах.

Вміст неструктурних вуглеводів в апексах, зачатках квіток і бутонах різних за толерантністю рослин Tagetes patula L. і Calendula officinales L. На початку флорального морфогенезу кількість цукрів у зачатках суцвіть по відношенню до вмісту в апексах підвищується як у контрольних, так і дослідному варіантах. В апексах, зачатках суцвіть і бутонах рослин примагістральних квітників рівень цукрів значно нижчий, ніж у контролі, особливо у Calendula officinales. Найбільша різниця виявлена у вмісті фруктози. Зменшення вмісту цукрів в апексі за дії вихлопів автотранспорту може бути однією з причин формування меншої кількості суцвіть на рослині.

Вміст сполук, що визначають флоральний морфогенез, в апексах Salvia sрlendens L. і Tagetes patula L. Аналіз вмісту ДНК у вегетативних апексах як Tagetes patula, так і Salvia sрlendens свідчить, що за кількістю цієї сполуки контрольний і дослідний варіанти майже не відрізнялися. У показниках кількості РНК виявлені більш суттєві відміни. У меристемах рослин Salvia sрlendens, на які діяли автомобільні викиди, вміст цієї нуклеїнової кислоти був нижчим, ніж у контрольних. У Tagetes patula ця різниця була меншою. В апексах цього виду у дослідному варіанті в період, що передує їх переходу на генеративний шлях розвитку, виявлено меншу кількість білків, ніж в апексах рослин умовно чистої зони. На фоні зменшення вмісту сульфгідрильних груп у рослин забрудненої ділянки, стосовно контрольних значень, зростає інтенсивність гістохімічних реакцій на SS-групи, особливо у апексах Salvia sрlendens. Це свідчить про збільшення кількості окиснених груп сірки за дії вихлопів автотранспорту.

Фітоіндикація забруднення довкілля викидами автотранспорту за Особливостями репродуктивного розвитку декоративних рослин культурфітоценозів.

Зміна характеристик цвітіння декоративних рослин. За умов забруднення середовища викидами автотранспорту інтенсивність цвітіння пригнічується у всіх досліджуваних видів. Найістотніше зменшується кількість суцвіть на рослині за період вегетації у Chrysanthemum leucanthemum та Heliopsis scabra - на 53,06 та 42,69 %, найменше у Centaurea dealbata та Tagetis patula - на 13,48 та 14,68 % відповідно. У рослин культурфітоценозів не виявлено однонаправленої дії на строки початку цвітіння. Petunia Ч hybrida, Iris hybryda, Aster novi-belgii, Hemerocallis lilio-asphodelus, Heliopsis scabra зацвітали раніше, ніж у контролі. У Salvia splendens та Tagetis patula дата цієї фенофази була однаковою у всіх варіантах досліду. В інших видів (Coreopsis lanceolata, Impatiens balsamina, Zinnia elegans, Calendula officinalis, Ageratum houstonsanum, Canna indica) спостерігається запізнення початку цвітіння стосовно контрольних рослин. Цвітіння у всіх досліджуваних видів рослин на примагістральних квітниках закінчується раніше, ніж у контролі. Рослини Chrysanthemum leucanthemum, Cosmos bipinnatus, Coreopsis lanceolata, Calendula officinalis, Heliopsis scabra, Salvia splendens та Zinnia elegans за умов забруднення культурфітоценозів викидами автотранспорту мали терати генеративних органів.

Як біоіндикатори забруднення викидами автотранспорту за комплексом змін морфометричних показників генеративних органів виділені BegoniaЧsemperflorens, Calendula officinalis, Chrysanthemum leucanthemum, Cosmos bipinnatus, DahliaЧcultorum, Hemerocallis lilio-asphodelus, Heliopsis scabra, Iris hybrida, Impatiens balsamina, Paeonia lactifolia, PetuniaЧhybrida, Zinnia elegans та Salvia splendens.

Якість пилкових зерен. Вивлено тенденцію до зменшення розмірів пилку в умовах забруднення довкілля викидами автотранспорту. У ряду видів (Hemerocallis lilio-asphodelus, Salvia splendens, Iris hybryda, Zinnia elegans, Escholtzia californica, Impatiens balsamina, Tagetes patula, Tagetes erecta) виявлено високу варіабельність їх розмірів. Поряд із великими пилковими зернами зустрічається дегенеративний пилок, який у 2-3 рази менший за середньостатистичні величини. Пилок рослин забруднених ділянок характеризується меншою схожістю порівняно з контролем. Antirrhinum majus, Eschscholtzia californica, Impatiens balsamina та Salvia splendens є індикаторними видами за кількістю стерильного пилку. Найбільший відсоток пророслого пилку виявлено у Tagetes patula, найнижчий - у Impatiens balsamina. Важкі метали, уведені в середовище проростання пилку інгібують як проростання, так і ріст пилкової трубки. Екзогенні гормони (ауксини, гібереліни, цитокініни) активують цей процес.

Насіннєва продуктивність та якість насіння рослин. У досліджуваних видів, які зростали за умов середнього рівня забруднення, за винятком Heliopsis scabra, Cosmos bipinnatus та Aster novi-belgii, маса тисячі насінин зменшувалася стосовно контрольних значень. Найбільші зміни цього показника були у Salvia splendens. На ділянці 2 лише у Heliopsis scabra значення показника наближалися до контрольних. У більшості видів маса 1000 насінин достовірно нижча, ніж на ділянці 1. Лабораторна схожість насіння, зібраного з рослин, що зростали за умов середнього рівня забруднення, не відрізнялася від контрольних значень, за винятком таких видів, як Salvia splendens, Calendula officinalis та Cosmos bipinnatus. За умов високого рівня забруднення схожість насіння була нижчою відносно контролю у всіх видів. Ступінь падіння цього показника дуже близька і коливається від 11,86 до 18,76 % і тільки у трьох видів (Cosmos bipinnatus, Impatiens balsamina та Calendula officinalis) цей показник перевищує 20 %. Під впливом інгредієнтів автотранспортних викидів знижується коефіцієнт продуктивності, найбільш суттєво у Canna indica (0,40), найменш ? у Tagetes patula (0,75).

Процес проростання насіння квіткових рослин як показник забруднення довкілля пріоритетним інгредієнтом викидів автотранспорту (свинець). Проаналізовано вплив свинцю на схожість насіння та ріст проростків 27 видів рослин. Концентрації Pb2+ 1,0, 1,5 та 2,0 мМ найбільш істотно зменшували схожість та енергію проростання у Verbena Ч hybrida, Clarkia pulchella, Leucanthemum vulgare, найменш - у Amaranthus hypochondriacus, Impatiens balsamina, Mirabilis jalapa. Процес проростання насіння в більшості досліджуваних видів, особливо за концентрації 2,0 мМ, був більш розтягнутим, пік проростання зсувався в часі на 1-2 доби. Найбільш негативно Pb2+ впливає на ріст кореня та проростка Calendula officinalis, Calistephus chinensis, Salvia splendens. Найменший несприятливий вплив виявлено у Amaranthus hypochondriacus, Dianthus chinensis та Mirabilis jalapa.

3. Вплив 24-епібрасиноліду та полістимуліну к на вегетативні та генеративні органи декоративних квітникових рослин

Обприскування 24-епібрасинолідом збільшувало кількість квіток на рослині в умовах забруднення тільки у Salvia splendens та Tagetis patula, полістимуліном К у Calendula officinalis, PetuniaЧhybrida, Salvia splendens та Tagetis patula. Не визначено сприятливої дії на цей процес у Canna indica та Coreopsis lanceolata. Найсуттєвіша стимуляція цвітіння спостерігалася за дії полістимуліну К у Calendula officinalis (на 51,76 %) та PetuniaЧhybrida (на 30,59 %). 24-епібрасинолід не впливав на розміри квіток (суцвіть) у досліджуваних видів, у час як сприятливу дію цитокініну не виявлено лише у двох видів (Canna indica та Coreopsis lanceolata). Найбільш позитивна дія полістимуліну К виявилася на площу асиміляційної поверхні і кількість квіток (суцвіть) на рослині за вегетацію. За величиною стимулюючого ефекту на перший показник види можна розташувати так PetuniaЧhybrida> Canna indica> Coreopsis lanceolata> Calendula.

Висновки

культурфітоценоз вегетативний морфологічний

Найважливішим науковим результатом дисертаційної роботи є комплексне вивчення морфометричних, анатомічних, фізіолого-біохімічних показників різних за толерантністю до інгредієнтів автотранспортних викидів видів декоративних однорічних і багаторічних рослин з метою визначення найбільш інформативних тест-показників та тест-об'єктів для фітоіндикації забруднення викидами автотранспорту культурфітоценозів, встановлення доцільності використання 24-епібрасиноліду та полістимуліну К для оптимізації росту та цвітіння рослин за дії автотранспортного забруднення.

1. Встановлено, що викиди автотранспорту містять такі токсичні речовини, як сполуки брому, нітрогену та сірки, оксиди свинцю, феруму, мангану, цинку, купруму, хрому, кадмію, нікелю, монооксид вуглецю, диоксид азоту, диоксид сульфуру, вуглеводні та їхні похідні. У вегетативних органах декоративних рослин примагістральних квітників підвищується кількість важких металів (кадмію, нікелю, хрому, свинцю тощо), проте лише вміст свинцю перевищує критичні значення. За величиною відносних коефіцієнтів накопичення ряду важких металів для фітоіндикації забруднення довкілля цими полютантами можуть бути застосовані BegoniaЧsemperflorens, Chrysanthemum leucanthemum, Salvia splendens.

2. Забруднення культурфітоценозів викидами автотранспорту пригнічує ріст рослин, формування бічних пагонів (за винятком Amaranthus hypochondriacus та Sedum spectabile) та викликає порушення в будові та функціонуванні асиміляційного апарату. За зміною морфометричних показників декоративних рослин за градієнтом рівня забруднення довкілля викидами автотранспорту найперспективнішими індикаторами для оцінки стану територій є Chrysanthemum leucanthemum, Salvia splendens, BegoniaЧsemperflorens та DahliaЧcultorum, морфофункціональні параметри вегетативних органів яких тісно корелюють (R2>0,5) з величиною забруднення довкілля досліджуваними полютантами.

3. У модельному досліді стосовно дії на рослини пріоритетних інгредієнтів викидів автотранспорту диоксиду нітрогену, диоксиду сірки та іонів свинцю як кожного окремо, так і сумісно виявлені рослини-індикатори забруднення середовища кислими газами (Calendula officinalis, Salvia splendens та Chrysanthemum leucanthemum) та йонами свинцю (Salvia splendens). Шкала варіювання морфометричних ознак вегетативних органів для Salvia splendens та Chrysanthemum leucanthemum дозволяє встановлювати рівень забруднення довкілля викидами автотранспорту та використовувати їх у фітоіндикаційних дослідженнях на території Дніпропетровського мегаполісу.

4. У досліджуваних видів рослин на ділянках як із середнім, так і з сильним рівнем забруднення інгредієнтами викидів автотранспорту не виявлено однозначної направленості у зміні показників анатомічної будови листкової пластинки рослин. В одних рослин спостерігається поява рис сукулентності (Salvia splendens, Calendula officinales, Canna indica та інші), в інших, найбільш стійких за морфологічними ознаками, - ксероморфності (Tagetes patula, PetuniaЧhуbrida, Cineraria maritime та Aster novі-belgii).

5. Виявлено різноспрямований характер змін вмісту різних форм цукрів (глюкоза, сахароза, фруктоза) як трофічних факторів цвітіння за умов одного і того ж самого рівня забруднення. Це вказує на неможливість використання зміни кількісних показників даних сполук для діагностики забруднення середовища викидами автотранспорту. Як тест-параметр для фітоіндикації забруднення цими полютантами запропоновано зміну активності ферменту вуглеводного обміну сахаросинтетази листків індикаторних видів Salvia splendens і Tagetes patula.

6. У різних за толерантністю декоративних квітникових рослин Salvia splendens та Tagetes patula у придорожній зоні (середній та сильний рівень забруднення) на трьох етапах формування квіток (апекс, зачаток квітки, бутон) вміст суми цукрів та їх форм (глюкоза, фруктоза, сахароза) знижується стосовно контрольних рослин, що може бути однією з причин гальмування флорального морфогенезу і цвітіння. Падіння кількості РНК, білка, SH-груп у клітинах вегетативних апексів також може пригнічувати перехід до флорального морфогенезу, а у генеративних апексах - до його порушень. Найбільш показовим є зменшення вмісту SH-груп і збільшення SS-груп білків у чутливого виду Salvia splendens.

7. За умов автотранспортного забруднення погіршуються характеристики цвітіння - найсуттєвіше знижується його інтенсивність, тривалість, у меншій мірі - розміри квіток та суцвіть. Найбільше інтенсивність цвітіння пригнічується у таких видів Salvia splendens та Petunia Ч hybrida, тривалість у Chrysanthemum leucanthemum та Iris hybrida. Показники цвітіння зберігаються на відносно високому рівні у Coreopsis lanceolata, Tagetes patula, Canna indica. Рослини Begonia Ч semperflorens, Calendula officinalis, Chrysanthemum leucanthemum, Cosmos bipinnatus, Dahlia Ч cultorum, Hemerocallis lilio-asphodelus, Heliopsis scabra, Iris hybrida, Impatiens balsamina, Paeonia lactifolia, Petunia Ч hybrida, Zinnia elegans та Salvia splendens є видами-індикаторами забруднення довкілля викидами автотранспорту за таким тест-параметром, як зменшення кількості квіток (суцвіть) на рослині.

8. На ділянках придорожньої зони в багатьох видів виявлено аномалії розвитку суцвіть і квіток, особливо за умов високого забруднення: зростання елементів квітки, зміна форми пелюсток, гіпогенезія, полімеризація, поява додаткових пелюсток. Рослини Chrysanthemum leucanthemum, Cosmos bipinnatus, Coreopsis lanceolata, Calendula officinalis, Heliopsis scabra, Salvia splendens та Zinnia elegans можна рекомендувати для фітоіндикації забруднення культурфітоценозів викидами автотранспорту за утворенням терат генеративних органів. Тератоморфи листків виявлено у Heliopsis scabra, Coreopsis lanceolata, Cineraria maritime, Paeonia lactifolia, Tagetes patula.

9. У примагістральних зонах у досліджуваних видів квіткових декоративних рослин знижується фертильність пилку, розміри пилкових зерен варіюють зі зменшенням середнього значення порівняно з контролем, підвищується число зерен з дуже дрібними та великими розмірами. Тест-об'єктами для фітоіндикації рівня забруднення примагістральних територій викидами автотранспорту за таким тест-показником, як кількість пророслих пилкових зерен, є Impatiens balsamina, Calendula officinalis, Salvia splendens та Zinnia elegans та кількістю стерильного пилку - Antirrhinum majus, Eschscholtzia californica, Impatiens balsamina та Salvia splendens.

10. В умовах як середнього, так і сильного забруднення довкілля викидами автотранспорту падає насіннєва продуктивність, що пояснюється зниженням фертильності пилку, порушеннями в його проростанні, а також зменшенням вуглеводів у листках, необхідних для формування насіння. Як біоіндикатори забруднення викидами автотранспорту за комплексом змін показників насіннєвої продуктивності в культурфітоценозах Дніпропетровського мегаполісу можна використовувати Calendula officinalis, Chrysanthemum leucanthemum, Impatiens balsamina, PetuniaЧhybrida, Salvia splendens та Zinnia elegans.

11. Обробка декоративних рослин примагістральних культурфітоценозів полістимуліном К (10 мг/л діючої речовини) після посадки, потім ще тричі (через 10 діб) сприяє збільшенню асиміляційної поверхні, кількості бічних пагонів, квіток (суцвіть), що поліпшує естетичну цінність квітників; 24-епібрасинолідом (25 мг/л діючої речовини) ? нормалізує такі самі показники тільки в двох досліджуваних видів ? Coreopsis lanceolata та Salvia splendens.

Практичні рекомендації.

1. Для фітоіндикації забруднення довкілля викидами автотранспорту найбільш інформативними є такі показники: рівень накопичення важких металів (тест-об'єкти Chrysanthemum leucanthemum, Salvia splendens, BegoniaЧsemperflorens); ріст пагонів у висоту (тест-об'єкти BegoniaЧ semperflorens, Chrysanthemum leucanthemum, DahliaЧcultorum, Paeonia lactifolia, Salvia splendens); стан пилку (тест-об'єкти Hemerocallis lilio-asphodelus, Antirrhiinum majus, Eschscholtzia californica, Impatiens balsamina, Salvia splendens); насіннєва продуктивність (тест-об'єкти Salvia splendens, Calendula officinalis, Cosmos bipinnatus); активність ферменту сахаросинтетази (тест-об'єкти Salvia splendens і Tagetis patula).

2. Оскільки сумарний вміст металів на вегетативну масу таких рослин як Canna indica та DahliaЧcultorum, достатньо високий з урахуванням формування великої фітомаси, можна рекомендувати їх для фіторемідіації ґрунтів культурфітоценозів, забруднених важкими металами.

3. Для оптимізації стану рослин за умов забруднення використовувати обробку їх 24-епібрасинолідом (25 мг/л діючої речовини) та полістимуліном К (10 мг/л діючої речовини) шляхом обприскування (40 мл/м2) тричі за вегетацію (одразу після висадки розсади, потім тричі через 10 діб).

Література

1. Приймак О.П. Проростання насіння і ріст проростків рослин родини Asteraceae / О.П. Приймак // Питання біоіндикації та екології. -- 2005. -- Вип. 10, № 1. -- С. 75--91.

2. Бессонова В.П. Вплив викидів автотранспорту на вуглеводний обмін у листках декоративних квітникових рослин / В.П. Бессонова, О.П. Приймак // Вісник Дніпропетровського університету. -- 2006. -- Т.1, вип. 14, № 3/1. -- С. 12--21.

3. Приймак О.П. Дія інгредієнтів автомобільних викидів на активність ферментів вуглеводного обміну в коренях декоративних рослин / О.П. Приймак, В.П. Бессонова // Питання біоіндикації та екології. -- 2006. -- Вип. 11, №1. -- С. 114--126.

4. Бессонова В.П. Влияние полистимулина К на качество цветения декоративных цветочных растений в условиях загрязнения окружающей среды / В.П. Бессонова, О.Е. Іванченко, О.П. Приймак //Укр. бот. журнал. -- 2006. -- Т. 63, № 4. -- С. 541--550.

5. Приймак О.П. Накопичення важких металів в листках і коренях декоративних квіткових рослин примагістральних територій / О.П. Приймак, В.П. Бессонова // Питання біоіндикації та екології. -- 2007. -- Вип.12, № 2. -- С. 45--59.

Размещено на Allbest.ru