Влияние загрязнения воздушного бассейна города Калининграда на анатомо-морфологические и биохимические показатели древесных растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Специальность 03.00.16 - экология

ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДА КАЛИНИНГРАДА НА АНАТОМО-МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ И БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ

Майдебура Ирина Сергеевна

Калининград - 2006

Работа выполнена в Российском государственном университете имени Иммануила Канта на кафедре ботаники и экологии растений

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор

Чупахина Галина Николаевна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Быков Олег Дмитриевич

доктор биологических наук, профессор

Сергеева Нина Тимофеевна

Ведущая организация: Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева

Защита диссертации состоится «19 » декабря 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 212.084.05 при Российском государственном университете им. И. Канта по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, факультет биоэкологии, аудитория 143

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, факультет биоэкологии, кафедра ботаники и экологии растений; e-mail: hitirina@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета им. И. Канта (г. Калининград, ул. Университетская, 2).

Автореферат разослан « » ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук, доцент Губарева И.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время исследования городской среды и связанные с ними теоретические и прикладные экологические проблемы необычайно актуальны: города становятся основной средой обитания человека [Кавтарадзе, 2005].

Вопросы качества окружающей человека среды в условиях современного роста городов, промышленного строительства и развития автотранспорта приобретают особое значение [Мазинг, 1984; Фролов, 1998; Неверова, 2001]. Загрязнение воздушного бассейна - важнейшая экологическая проблема городов.

Озеленение - один из основных путей оздоровления городской среды. Зеленые насаждения являются неотъемлемым элементом архитектурного ландшафта любого города, выполняют наряду со многими функциями, прежде всего, санитарно-гигиеническую. Растения, являясь надежным естественным фильтром, очищают, увлажняют и обогащают воздух городов, снижают силу ветра, шума, изменяют радиационный и температурный режим [Горышина, 1991; Кулагин, 1998; Неверова, 2000].

Комплекс городских условий (экологические факторы местного климата, загрязнение воздуха и почв) часто неблагоприятен для нормальной жизнедеятельности растений. В результате в городах у растений повреждается листва и хвоя, снижается биологическая продуктивность, сокращается продолжительность жизни [Чуваев, 1973; Кулагин, 1974; Гетко, 1989; Фролов, 1998; Николаевский, Неверова, 2000], поэтому необходимо знать не только влияние зеленых насаждений на городскую среду, но и действие этой среды на сами древесные растения.

Для оценки и прогноза состояния древостоя необходима ранняя диагностика нарушения жизнедеятельности древесных растений, подвергнутых воздействию газовых токсикантов. В первую очередь повреждения проявляются на физиолого-биохимическом уровне, затем распространяются на ультраструктурный и клеточный уровни и лишь после этого развиваются видимые признаки повреждения - хлорозы и некрозы тканей листа, опадание листьев, торможение роста [Васильева, 1988; Горышина, 1991].

Растения отрицательно реагируют на наличие в воздухе даже в малых дозах токсических веществ. Они гораздо сильнее поражаются загрязненным воздухом и сильнее реагируют на те концентрации вредных веществ, которые у людей и животных не оставляют видимых явлений отравлений. Таким образом, они выполняют индикаторную функцию [Сергейчик, 1988].

В последнее время особенно актуальным стал поиск новых методических подходов и тест-систем, позволяющих в короткие сроки получить полную информацию о степени техногенного влияния на растительные сообщества [Неверова, 2000; Кулагин, 2005]. В этом плане наиболее перспективным может быть использование не только анатомо-физиологических, но и физиолого-биохимических методов анализа древесных растений, особенно касающихся содержания физиологически активных соединений, таких как антоциановые пигменты, которые накапливаются в растениях в ответ на условия стресса [Масленников, 2003]; аскорбиновая кислота, которая обладает разносторонним действием на физиологические процессы, участвуя в клеточном иммунитете, обуславливающем устойчивость растений к неблагоприятным условиям окружающей среды [Чупахина, 1997].

Цель и задачи исследования. Целью данной работы явилось изучение влияния загрязнения воздушного бассейна города Калининграда на анатомо-морфологические и биохимические показатели древесных растений: рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia L.), липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) , клена остролистного (Acer platanoides L.), ели колючей (Picea pungens). Для реализации данной цели были поставлены следующие задачи:

1. определить жизненное состояние древостоя, растений произрастающих в различных условиях воздушного загрязнения;

2. изучить количественные изменения объема клеток мезофилла листьев и хвои древесных пород в связи с загрязнением воздушной среды;

3. исследовать накопление зеленых и антоциановых пигментов у древесных пород в зависимости от степени нарастания урбанизации среды;

4. изучить влияние загрязнения воздушного бассейна на накопление аскорбиновой (АК), дегидроаскорбиновой (ДАК) и дикетогулоновой (ДКГК) кислот в листьях исследованных видов растений в различных условиях произрастания.

Научная новизна. Комплексный анализ анатомо-морфологического и биохимического состояния деревьев, произрастающих в условиях различного загрязнения воздушного бассейна в черте города, дал возможность впервые показать, что загрязнение воздушной среды стимулирует накопление антоциановых пигментов и активирует использование восстановленной формы аскорбиновой кислоты, что сопровождается увеличением уровня ее окисленной формы и продукта необратимого окисления дегидроаскорбиновой кислоты - дикетогулоновой кислоты.

Защищаемые положения:

-под действием загрязнителей воздушной среды у всех исследованных видов древесных пород число слоев ассимиляционной паренхимы остается постоянным, при этом происходит увеличение объема клеток мезофилла;

-загрязнение воздушного бассейна города стимулирует накопление антоциановых пигментов и каротиноидов у исследованных деревьев;

-увеличение загрязнения воздушного бассейна города стимулирует накопление окисленной формы аскорбиновой кислоты и продукта необратимого использования последней - дикетогулоновой кислоты;

-исследованные виды растений сходным образом реагируют на загрязнение воздушного бассейна города, однако в большей степени это влияние проявляется у липы мелколистной и рябины обыкновенной, которые предлагается использовать в качестве биоиндикаторов загрязнения воздушной среды.

Практическая значимость. Предложены растения-биоиндикаторы (липа мелколистная, рябина обыкновенная) и тестовые показатели (повышение уровня каротиноидов, антоцианов, ДАК, ДКГК, увеличение объема клеток мезофилла листьев и хвои древесных растений), которые можно использовать для мониторинга загрязнения воздушного бассейна города и для оценки пригодности местообитания для произрастания данных видов растений.

Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедры ботаники и экологии растений Российского государственного университета им. И. Канта, в курсах лекций: «Экология растений», «Физиология растений», «Дендрология» и «Витаминология».

Апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись на: VI Молодежной конференции ботаников (С-Пб, 2000); IV межвузовской научно-технической конференции аспирантов и соискателей «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров» (Калининград, 2001); II международной конференции по анатомии и морфологии растений (С-Пб, 2002); VII Молодежной конференции ботаников (С-Пб, 2003); научной конференции Калининградского государственного университета (2003); Международной научной конференции посвященной 100-летию Ботанического сада Калининградского государственного университета «Роль ботанических садов в сохранении и обогащении биологического разнообразия видов» (Калининград, 2004); Международной научно-практической конференции «Экология фундаментальная и прикладная: проблемы урбанизации» (Екатеринбург, 2005); Международной научно-практической конференции «Наука и образование - 2005» (Мурманск, 2005); 9-ой Международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2005); II Всероссийской internet конференции «Проблемы экологии в современном мире» Тамбовский государственный университет (2005). Основные результаты доложены и обсуждены на заседании кафедры ботаники и экологии растений РГУ им. И. Канта (2005).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ, 1 работы находятся в печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и библиографического списка использованной литературы. Библиография представлена 236 источниками, из них 37 иностранных авторов. Общий объем работы 146 страниц, из которых основной текст занимает 115 страниц. Иллюстративный материал представлен 18 таблицами и 35 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Приводятся общие сведения о работе (актуальность темы, цели и задачи исследования, научная новизна, теоретическое и практическое значение).

Глава 1. Обзор использованной литературы

В первой главе по теме диссертации дан обзор литературы, который включает в себя изложение основных тенденций развития и принципов экологической анатомии растений [Северцев, 1939; Князева, 1950; Волобуев, 1956; Шмальгаузен, 1964; Антонова, 1987; Верештьяк, 1988 и др.], анализ роли и функций городских насаждений в улучшении качества городской среды [Гудериан, 1977; Илькун, 1978; Николаевский, 1979; Сергейчик, 1985 и др.], а также характеристику загрязнителей атмосферного воздуха городов и их источников [Горышина, 1979; Трешоу и др., 1988 и др.], воздействие вредных веществ на анатомические, физиологические и биохимические показатели [Фролов, 1979; Мальхотра, 1988; Неверова, 2000 и др.].

Глава 2. Характеристика района исследования

Калининградская область не входит в число крупных экономических районов, тем не менее, является высокоразвитым индустриальным и сельскохозяйственным регионом. Степень урбанизации области очень высока. Около 45% населения и 60% всех предприятий сосредоточено в г. Калининграде. Естественно, что наибольшая нагрузка на окружающую среду отмечается именно в областном центре.

В главе рассматриваются общая характеристика природных условий города Калининграда и области (географическое положение, климат, почвы, растительность), распределение техногенной нагрузки и основные загрязняющие вещества, источники их выбросов на территории Калининградской области. Рассмотрены вопросы санитарного состояния атмосферного воздуха в г. Калининграде и приведены результаты ранжирования районов города по степени загрязненности диоксидом азота, сероводородом, диоксидом углерода, взвешенным веществам 2001-2004 г.г.

Глава 3. Объекты и методы исследования

Для исследования были заложены 7 постоянных модельных площадок на территории г. Калининграда (рисунок 1) и области, отличающихся по уровню загрязнения воздушного бассейна:

1. Козий лес - санитарно-защитная зона за пределами города Калининграда;

2. пос. Прибрежный - район пригорода;

3. ул. Коперника - наименее загрязненная точка в черте города, по данным Управления природных ресурсов;

4. парк 40-летия ВЛКСМ - зона отдыха горожан, находится в промышленной зоне: на севере расположен железнодорожный вокзал, на северо-востоке - мясокомбинат;

5. Ленинский проспект - основная магистраль города, расположен в центре города и не соседствует с промышленными предприятиями;

6. ул. Менделеева, находящаяся вблизи целлюлозно-бумажного комбината и одной из самых оживленных автомагистралей города - проспекта Победы, которая может служить примером комплексного влияния загрязнений: автотранспорта и промышленного предприятия;

7. ул. А. Невского, расположенная вблизи ремонтно-строительного завода, являющаяся одной из наиболее загруженных магистралей города; рассматривается как пример суммарного действия загрязнителей воздушной среды города.

В качестве объектов исследования использовались древесные породы, которые представлены на всех модельных площадках: рябина обыкновенная (Sorbus aucuparia L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), клен остролистный (Acer platanoides L.), ель колючая (Picea pungens).

Рисунок 1 - Карта-схема города Калининграда с указанием модельных площадок

Сбор материала проводился в июле - августе с 1996г. по 2004 г методом сплошного обследования деревьев. Для определения относительного жизненного состояния (ОЖС) древостоя за основу бралась методика В.А. Алексеева [1990]. Проводилась визуальная оценка следующих диагностических признаков относительного жизненного состояния: густота кроны, наличие на стволе мертвых сучьев, степень повреждения листьев. Относительное жизненное состояние древостоя (L_n) определялось по шкале: «здоровое» от 100% до 80%, при 79-50% - «ослабленное», при 49-20% - «сильно ослабленное», при 19% и ниже - «отмирающее» [Алексеев, 1990].

Для исследования пигментного состава и мезоструктуры отбирались внешне здоровые листья с четырех сторон одиночно стоящих деревьев с высоты 1,5 м. Анализ клеток мезофилла выполнялся по методике количественной оценки структуры фотосинтезирующих тканей и органов [Мокроносов, 1978]. Содержание хлорофиллов, каротиноидов [Полевой, Максимова, 1978] и уровень антоциановых пигментов [Муравьева и др., 1987] определялось спектрофотометрически. Количественный анализ аскорбиновой, дегидроаскорбиновой и дикетогулоновой кислот выполнялся по методике Г.Н. Чупахиной [Количественное содержание…, 2002].

Содержание исследуемых соединений приведено на грамм сухой массы. Все анализы выполнялись в трех биологических и двух аналитических повторностях. Математическая обработка полученных данных производилась с помощью статистического пакета Microsoft Excel. На рисунках и в таблицах представлены средние значения и ошибка средней величины.

Глава 4. Оценка относительного жизненного состояния древостоев исследованных растений в различных условиях воздушного загрязнения

С целью диагностики повреждений деревьев при загрязнении атмосферы газовыми токсикантами и на основании данных, полученных в результате таксации деревьев и оценки их состояний на модельных площадках, рассчитывались показатели относительного жизненного состояния древостоя (ОЖС).

В результате проведенных исследований было установлено, что все виды исследованных деревьев, произрастающих в Козьем лесу, относились по своему состоянию к «здоровым» (таблица 1). Исходя из относительного жизненного состояния древостоя, условия произрастания для данных видов деревьев можно отнести к оптимальным.

Таблица 1 - Относительное жизненное состояние древостоя в Козьем лесу

Виды	Количество деревьев, %	Ln
	здоровых	ослабленных	сильно ослабленных	отмирающих
Рябина обыкновенная	97,6	2,4	0	0	92,5
Клен остролистный	100	0	0	0	100
Липа мелколистная	99	1	0	0	95
Ель колючая	100	0	0	0	100

Показатели облиственности, пораженности кроны и листа для всех деревьев, произрастающих в Козьем лесу (таблица 2), нами приняты за контроль, так как только у 2% деревьев рябины обыкновенной были отмечены поражения кроны.

Таблица 2 - Диагностические признаки древостоя в Козьем лесу

Виды	Облиственность, %	Пораженность кроны, %	Пораженность листа, %
Рябина обыкновенная	100	2	0
Клен остролистный	100	0	0
Липа мелколистная	100	0	0
Ель колючая	100	0	0

Диагностика повреждений деревьев и оценка их относительного жизненного состояния показали, что в пос. Прибрежный все виды исследованных древесных пород отнесены к категории «здоровый», при этом у липы, клена, ели отмечены деревья, отнесенные к ослабленным, а у рябины - к сильно ослабленным. На ул. Коперника деревья клена и ели отнесены к категории «здоровый», а у рябины и липы - к категории «ослабленный». В парке 40-летия ВЛКСМ у ели относительное жизненное состояние древостоя характеризовалось как «здоровый», а у клена, липы и рябины - как «ослабленный». Все исследованные деревья, произрастающие на Ленинском проспекте, отнесены к категории «ослабленных». У ели, клена и липы резко сократился процент здоровых деревьев, а у рябины они отсутствовали. При этом у всех видов древесных пород отмечено увеличение сильно ослабленных деревьев. На ул. Менделеева все исследованные виды характеризовались как «ослабленные», при этом здоровые деревья не были зафиксированы. мезофилл кислота воздушный загрязнение

В городе, с увеличением степени загрязнения воздушной среды, количество здоровых деревьев снижалось, а соответствующие категории «ослабленный» - увеличивалось. Так, на ул. А. Невского (самой загрязненной) - для клена, липы и ели ОЖС древостоя по состоянию отнесено к «ослабленный», а для рябины - «сильно ослабленный» (таблицы 3,4). Снижение относительного жизненного состояния древостоя наблюдалось для всех видов: у клена и ели увеличивалось количество сильно ослабленных деревьев, а у рябины и липы впервые были отмечены деревья, которые по состоянию можно отнести к «отмирающим».

Таким образом, негативное влияние загрязнения воздушной среды на изученные виды древесных пород увеличивается в следующем ряду: Козий лес - пос. Прибрежный - ул. Коперника - парк 40-летия ВЛКСМ - Ленинский пр. - ул. Менделеева - ул. А. Невского.

Для дальнейших исследований модельная площадка - Козий лес, использовался как контроль за пределами города, а ул. Коперника - контроль в городской черте. Было показано, что совместное действие нескольких загрязнителей воздуха (автотранспорт, промышленные предприятия) оказывает усиливающее негативное действие на растительность, в результате чего происходит снижение относительного жизненного состояния древостоя за счет увеличения пораженности листа и кроны, снижения облиственности кроны всех исследованных растений, что не может не сказаться на общей продуктивности растений. На основании полученных нами данных, уровень устойчивости исследованных видов древесных пород к загрязнению воздушной среды снижался в ряду: ель колючая - клен остролистный - липа мелколистная - рябина обыкновенная.

Таблица 3 - Относительное жизненное состояние древостоя на ул. А. Невского

Виды	Количество деревьев, %	Ln
	здоровых	ослабленных	сильно ослабленных	отмирающих
Рябина обыкновенная	0	50	25	25	46,25
Клен остролистный	0	75	25	0	62,5
Липа мелколистная	0	60	30	10	54,5
Ель колючая	0	100	0	0	70

Таблица 4 - Диагностические признаки древостоя на ул. А. Невского.

Виды	Облиственность, %	Пораженность кроны, %	Пораженность листа, %
Рябина обыкновенная	65	20	25
Клен остролистный	85	15	20
Липа мелколистная	80	25	20
Ель колючая	85	20	20

Глава 5. Сравнительное изучение изменений мезоструктуры клеток листьев древесных пород в связи с загрязнением воздушной среды

Ассимиляционная паренхима у исследованных лиственных деревьев была образована четырьмя рядами клеток: один слой палисадных клеток и три слоя губчатых. На поперечных срезах видно, что с увеличением степени загрязнения воздушного бассейна размеры палисадных клеток увеличивались за счет вытягивания, губчатые становились более округлыми.

Было показано, что изменение условий произрастания лиственных пород не влияло на число слоев клеток мезофилла. Объем клеток мезофилла является видовой принадлежностью, меняясь под действием внешних условий, всегда наиболее крупными оставались клетки у рябины обыкновенной, а более мелкими - у клена остролистного и у ели колючей. Нарастание загрязнения атмосферы города влекло за собой увеличение объема клеток мезофилла листьев древесных пород. Клетки столбчатого мезофилла оказались более чувствительным к загрязнению атмосферы токсикантами и их объем увеличивался в большей степени, чем объем клеток губчатого мезофилла. Установлено, что объем клеток в условиях пригорода менялся за счет увеличения объема клеток столбчатого мезофилла, тогда как в городской среде изменению подвергались как столбчатые, так и губчатые клетки ассимиляционной паренхимы.

У ели колючей изменение объема клеток мезофилла, в условиях нарастания степени загрязнения атмосферы, было незначительным. Это можно объяснить большей устойчивостью хвойных растений к изменению условий произрастания, по сравнению с лиственными.

Таким образом, объем клеток мезофилла можно использовать как тестовый показатель на загрязнение атмосферы городской среды газовыми токсикантами. В качестве растений-биоиндикаторов может быть рекомендована липа мелколистная и рябина обыкновенная, так как у этих растений прослеживалась четкая реакция изменения объема клеток мезофилла в ответ на загрязнение воздушного бассейна (рисунок 2).

Рисунок 2 - Объем клеток мезофилла листьев липы мелколистной, произрастающей в черте города.

Глава 6. Сравнительное изучение биохимических показателей листьев древесных пород от степени нарастания урбанизации среды

6.1. Уровень хлорофиллов а и в

Важным эколого-физиологическим признаком, отражающим влияние среды произрастания, является содержание пигментов в листьях зеленых растений. Установлено, что изменение количественного содержания зеленых пигментов для всех исследованных видов в большей степени затрагивало хлорофилл а, чем хлорофилла в. Содержание хлорофилла а было максимальным у растений Козьего леса и превосходило содержание данного пигмента в листьях деревьев города (рисунок 3).

Рисунок 3 - Содержание хлорофиллов а и в в листьях клена остролистного в различных районах произрастания.

В городской среде уровень зеленых пигментов у исследованных древесных пород колебался в значительных пределах. Наибольшее содержание данных пигментов было зафиксировано в листьях растений, произрастающих на ул. А. Невского, где отмечено наибольшее превышение в воздухе уровня ПДК двуокиси серы, выбросов пыли, оксидов углерода. Минимальный уровень исследованных пигментов был выявлен у растений на ул. Коперника (контроль), где уровень загрязнения воздушного бассейна, по данным УПР, наименьший. Несмотря на то, что общая тенденция изменения содержания хлорофиллов под влиянием загрязнения атмосферы была схожа у исследуемых видов. У клена содержание хлорофиллов на ул. А. Невского было в 2 раза выше, чем в контроле - на ул. Коперника (рисунок 4), у липы - в 1,5, у рябины - в 1,3, у ели - в 1,2 раза.

С нарастанием степени урбанизации городской среды, загрязнения воздушного бассейна города, происходило увеличение уровня зеленых пигментов у всех исследованных древесных пород, но содержание данных пигментов были ниже, чем у тех же видов растений, произрастающих в лесу.

Рисунок 4 - Содержание хлорофилла а и в в листьях клена остролистного, произрастающего в черте города.

6.2. Уровень каротиноидов

Обязательным компонентом пигментной системы растений являются каротиноиды. Исследование количественного содержания каротиноидов в листьях (хвое) древесных пород показало, что в условиях города отмечалось увеличение их уровня (рисунок 5). Повышение уровня каротиноидов в условиях загрязнения, возможно, связано не только с их фоторецепторной функцией, но и с антиоксидантной.



Рисунок 5 - Содержание каротиноидов в хвое ели колючей в различных районах произрастания.

6.3. Уровень антоциановых пигментов

Важными физиологически активными соединениями у растений являются антоциановые пигменты. Анализ содержания данных пигментов в листьях (хвое) древесных пород показал, что наибольшее количество данных пигментов было зафиксировано в листьях растений, произрастающих на ул. А. Невского - наиболее загрязненной. Минимальный уровень антоцианов был отмечен у растений, произрастающих в контроле - на ул. Коперника.

Хотя общая тенденция изменения уровня антоциановых пигментов под влиянием загрязнения атмосферы была схожа у исследуемых видов, различия касались процентного отклонения: у липы в 2,2 раз выше, чем в контроле (рисунок 6), у рябины и ели - в 1,5 , у клена в 1,3 раза.

Таким образом, загрязнение воздушного бассейна г. Калининграда стимулировало накопление антоциановых пигментов в листьях исследованных древесных пород, при этом увеличение пула антоцианов зависело от степени загрязнения воздушного бассейна города. Следовательно, мы можем говорить о том, что биосинтез антоцианов является специфической реакцией на стрессовые условия произрастания, а именно, на уровень загрязнения атмосферы городской среды.



Рисунок 6 - Содержание антоциановых пигментов в листьях липы мелколистной, произрастающей в черте города.

6.4 Уровень кислот системы аскорбиновой кислоты

Анализ уровня трех кислот показал, что почти у всех исследованных древесных пород на ул. Коперника уровень АК, ДАК и ДКГК был выше, чем в пос. Прибрежный и Козьем лесу (рисунок 7). Это говорит о том, что условия загрязнения воздушной среды города оказывают негативное влияние на растения, используемые в его озеленении, так как одна из функций исследуемого комплекса органических кислот - защитная [Чупахина, 1997].

Анализ древесных пород, произрастающих в г. Калининграде, показал, что уровень восстановленной формы АК у разных видов растений был неодинаков. Минимальный уровень отмечался у клена и ели, максимальный - у липы. На ул. А. Невского - наиболее загрязненной в г. Калининграде, эндогенный пул аскорбата увеличивался в большей степени у клена (рисунок 8) и ели, а у рябины и липы (рисунок 9) отмечалось увеличение окисленной формы АК, что говорит об активном использовании антиоксиданта - АК.

Накопление ДКГК (продукта необратимой метаболизации ДАК) зависело от условий произрастания растений. Максимальный ее уровень был зафиксирован при наибольшем загрязнении воздушного бассейна города. Абсолютный уровень ДКГК всегда превосходил уровень восстановленной и окисленной АК, что указывает на напряженность окислительно-восстановительных процессов, идущих с использованием восстановленной формы АК у растений в условиях г. Калининграда.

Рисунок 7 - Содержание АК, ДАК и ДКГК в листьях липы мелколистной в зависимости от места произрастания.

Рисунок 8 - Содержание АК, ДАК и ДКГК в листьях клена остролистного, произрастающего в черте города.

Рисунок 9 - Содержание АК, ДАК и ДКГК в листьях липы мелколистной, произрастающего в черте города.

Выявлена прямая корреляционная зависимость между количеством хлорофиллов и пулом АК при коэффициенте корреляции для ели колючей r = 0,91, рябины обыкновенной r = 0,89, клена остролистного r = 0,87, липы мелколистной r = 0,75. Обратная корреляционная зависимость была отмечена между накоплением хлорофиллов и каротиноидов: у ели колючей r = - 0,85; клена остролистного r = - 0,79; липы мелколистной r = - 0,77; рябины обыкновенной r = - 0,69.

Таким образом, проведенные нами исследования влияния загрязнения атмосферы газовыми токсикантами на древесные породы города Калининграда показали, что с нарастанием степени загрязнения воздушного бассейна происходят изменения на анатомо-морфологическом и биохимическом уровнях, что отражается на относительном жизненном состоянии древостоя.

В связи с проведенными исследованиями предлагается использовать объем клеток мезофилла листьев древесных пород, содержание каротиноидов, антоцианов и продуктов окисления аскорбиновой кислоты (ДАК, ДКГК) как тестовые показатели на загрязнения воздушного бассейна города, а так же для оценки пригодности местообитания для произрастания данных видов растений.

ВЫВОДЫ

Проведенные исследования влияния загрязнения воздушного бассейна города Калининграда на древесные растения: рябину обыкновенную (Sorbus aucuparia L.), липу мелколистную (Tilia cordata Mill.), клен остролистный (Acer platanoides L.), ель колючую (Picea pungens) позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Относительное жизненное состояние древостоя в городе снижается за счет увеличения пораженности кроны, листьев и снижения облиственности, в связи с нарастанием загрязнения воздушного бассейна.

2. Загрязнение воздушной среды города приводит к увеличению объема клеток губчатого и особенно столбчатого мезофиллов и не влияет на число слоев мезофилла у исследованных видов растений.

3. В условиях города наибольший уровень зеленых пигментов был отмечен у деревьев, произрастающих на ул. А. Невского (самой загрязненной), при этом он оставался ниже, чем у растений пригородной зоны.

4. Уровень каротиноидов и антоциановых пигментов у всех исследованных древесных пород города повышался с нарастанием загрязнения воздушного бассейна.

5. Загрязнение воздушного бассейна стимулировало использование восстановленной формы аскорбиновой кислоты, что сопровождалось увеличением уровня ее окисленной формы и продукта необратимого превращения дегидроаскорбиновой кислоты - дикетогулоновой кислоты.

6. У всех исследованных видов, произрастающих в городской черте, выявлена прямая корреляционная зависимость между количеством зеленых пигментов и аскорбиновой кислотой и обратная корреляция между накоплением хлорофиллов а и в и каротиноидов.

7. Повышение уровня каротиноидов, антоцианов и дикетогулоновой кислоты и увеличение объема клеток мезофилла листьев (хвои) исследованных древесных пород можно использовать как тестовые показатели загрязнения воздушной среды города.

8. Устойчивость изученных видов древесных пород к загрязнению воздушной среды снижается в ряду: ель колючая - клен остролистный - липа мелколистная - рябина обыкновенная. В качестве растений биоиндикаторов могут быть рекомендованы - липа мелколистная и рябина обыкновенная.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Майдебура И.С. Уровень антоциановых пигментов у растений в условиях загрязнения городской среды / И.С. Майдебура // Вестник Поморского университета. Серия «Естественные и точные науки». - № 4. - 2006. - С.156-161.

2. Кириллова, И.С. (Майдебура) Мониторинг состояния флоры Калининграда в рамках нарастающей урбанизации /И.С. Кириллова (Майдебура)// Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров: Материалы 4-ой межвузовской научно-технической конференции аспирантов и соискателей. - Калининград.: БГАРФ, 2001.- С.247-249.

3. Кириллова, И.С. (Майдебура) Влияние городских условий на вегетативные органы и мезоструктуру листа растений Tilia cordata и Picea punges Glanca / Н.Г. Петрова, С.П. Ускова, И.С. Кирилова (Майдебура) // Тезисы докладов II международной конференции по анатомии и морфологии растений С-Пб. Ботанический инст. Им. В.Л. Комарова. РАН, 2002.- С. 305.

4. Майдебура, И.С. Состояние пигментной системы древесных растений в различных районах Калининграда / И.С. Майдебура, Г.Н. Чупахина // Роль ботанических садов в сохранении и обогащении биологического разнообразия видов. Тезисы Международной научной конференции посвященной 100-летию Ботанического сада КГУ г. Калининграда (Калининград, 14-18 сентября 2004г.) - Калининград: Изд-во КГУ, 2004.- С. 212-214.

5. Майдебура, И.С. Влияние загрязнения воздушной среды на синтез антоциановых пигментов древесными растениями / И.С. Майдебура, Г.Н. Чупахина // Экология фундаментальтная и прикладная: Проблемы урбанизации: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Екатеринбург, 3-4 февраля 2005 г.) - Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2005.- С. 210-211.

6. Майдебура, И.С. Влияние загрязнения воздушного бассейна на мезоструктуру клеток листьев древесных растений / И.С. Майдебура // Биология - наука XXI века. 9-я Междунар. Пущинская школа-конференция молодых ученых (Пущино, 18-22 апреля 2005г.): Сборник тезисов. - Пущино, 2005.- С. 287.

7. Майдебура, И.С. Уровень аскорбиновой кислоты древесных растений, как тест на загрязнение воздушной среды / Г.Н. Чупахина, И.С. Майдебура // Наука и образование - 2005: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Мурманск, 6-14 апреля 2005 г.). - Мурманск: МГТУ, 2005. - Ч. 5. - С. 277-280.

8. Майдебура, И.С. Состояние пигментной системы древесных растений под действием загрязнения атмосферы газовыми токсикантами / И.С. Майдебура, Г.Н. Чупахина // Роль ботанических садов в сохранении и обогощении биологического разнообразия видов: Материалы международной научной конференции, посвященной 100-летию Ботанического сада Калининградского государственного университета (15-17 сентября 2004 г.) / под ред. В.П. Дедкова, Н.Г. Петровой. - Калининград, Изд-во РГУ им. И. Канта, 2005. - С. 118-124.

9. Майдебура И.С. Уровень аскорбиновой кислоты древесных растений как тест на загрязнение воздушной среды / И.С. Майдебура, Г.Н. Чупахина // Проблемы экологии в современном мире. Материалы II всероссийской internet- конференции (с международным участием) 19-21 апреля 2005 г.). - Тамбов: Изд-во ТГУ им. Г.Р. Державина, 2005г. - С.123-126.

10. Майдебура И.С. Влияние загрязнения городской среды на биохимические показатели древесных растений (на примере г. Калининграда) / И.С. Майдебура // Естественные и технические науки.-Москва, Изд-во «Компания Спутник+». - 2006. - № 4 (24). - С.136-141.

Размещено на Allbest.ru

...