Компоненты антиоксидантной защиты газонных растений г. Калининграда

Компоненты антиоксидантной защиты газонных растений г. Калининграда

Е.Ю. Головина, к.б.н., Калининградский институт экономики - филиал СПбАУиЭ

Загрязнение окружающей среды является острой проблемой во всём мире. Автомобильный транспорт — это основной источник загрязнения окружающей среды городов. Экологический ущерб от эксплуатации автотранспортных средств обусловлен токсичными выбросами. Ежегодно автотранспортными средствами выбрасывается более 12 млн т различных загрязняющих веществ: окиси углерода, окислов азота и серы, углеводородов, сажи, тяжёлых металлов и др. Одним из опасных последствий влияния на растения этих веществ является усиленное образование активных форм кислорода (АФК), которые повреждают клетки, в том числе на уровне мембран, нуклеиновых кислот и пигментов хлоропластов [1].

Процесс адаптации растений к неблагоприятным условиям внешней среды происходит при активном участии антиоксидантной системы, контролирующей в клетках уровень АФК. К числу антиоксидантов относят аскорбиновую кислоту (АК), глутатион, токоферол, каро-тиноиды, антоцианы и флавоноиды. Особый интерес вызывают аскорбиновая кислота, фла-воноиды и каротиноиды. АК принимает участие в детоксикации Н2О2 в аскорбат-глутатионовом цикле. Каротиноиды наряду с токоферолом препятствуют фотодеструкции хлорофилла и подавляют в клетках свободнорадикальные реакции. Флавоноиды, являясь эффективными светофильтрами, защищают хлоропласты от прямой солнечной радиации и фотодинамического повреждения. Реакция антиоксидантов на стресс зависит от конкретного вида растений. Целью данной работы явилось исследование содержания компонентов антиоксидантной защиты

(аскорбиновой кислоты, рутина, каротиноидов, антоцианов, суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов) у некоторых газонных растений семейства бобовых, произрастающих в разных районах г. Калининграда.

Объекты и методика исследований. Объектами исследования служили газонные растения семейства бобовых (Fabaceae): клевер гибридный (Trifolium hybridus L.), клевер ползучий (Trifolium repens L.), люцерна хмелевидная (Medicago lupulina L.). Эти виды отличаются чувствительностью к газообразным веществам, загрязняющим атмосферный воздух. По классификации Николаевского [2], клевер гибридный, клевер ползучий и люцерна хмелевидная относятся к неустойчивым видам.

Исследования проводили на территории г. Калининграда в трёх районах: Ленинградском, Центральном и Московском. В качестве контроля пробы отбирались в условно чистой зоне — окрестности п. Победино Краснозна-менского района. Содержание АК и рутина определяли количественно методом титра, каротиноидов — спектрофотометрически [3], антоциановых пигментов — по Муравьевой [4]. Суммарную антиоксидантную активность определяли на анализаторе «ЦветЯуза-01-АА» по ТУ МЕКВ. 414538.001 в диапазоне 0,2—4,0 мг кверцетина (стандарта)/дм3 [5].

Результаты и обсуждение. В ходе исследования содержания аскорбиновой кислоты в листьях растений семейства бобовых (Fabacea) разных районов г. Калининграда было показано, что пул кислот зависел от их места произрастания. В Ленинградском районе максимум накопления АК (рис. 1) отмечен в листьях клевера гибридного на площади Василевского (73,19 мкг/г); клевера ползучего и люцерны хмелевидной — на Ленинском проспекте (68,99 и 65,96 мкг/г

соответственно), минимум — на ул. Большой Окружной 3-й (25,87 и 15,56 мкг/г соответственно). В Центральном районе максимальное накопление АК (рис. 2) отмечено в листьях клевера гибридного и клевера ползучего, произрастающих на ул. Чернышевского (58,96 и 53,89 мкг/г соответственно), а минимальное — на ул. К. Маркса (36,79 мкг/г) и пр. Победы (31,98 мкг/г). В листьях люцерны хмелевидной самый высокий уровень АК наблюдался на ул. Менделеева (46,96 мкг/г), самый низкий — на пр. Победы (23,067 мкг/г).

В Московском районе максимальный уровень АК установлен (рис. 3) в листьях клевера

гибридного, клевера ползучего и люцерны хмелевидной, произрастающих на ул. Дзержинского (59,14, 69,81 и 46,18 мкг/г соответственно), а минимум — на ул. Калинина (39,76, 24,09 и 21,86 мкг/г соответственно).

Высокий пул АК в листьях исследуемых растений на вышеперечисленных улицах мог быть связан с сильной транспортной нагрузкой, вследствие чего увеличивался объём транспортных выбросов (пыли, сернистого ангидрида, сероводорода, окиси углерода, окислов азота, аммиака, формальдегида, хлористого водорода, углеводородов, сажи, тяжёлых металлов), что повлекло за собой поглощение и накопление

80

70

60

50

40

30

20

10

0

мкг/г

В Клевер гибридный Ш Клевер ползучий В Люцерна хмелевидная

Рис. 1 - Содержание АК в листьях некоторых растений семейства бобовых, произрастающих в Ленинградском районе г. Калининграда, мкг/г сырого веса

улица

мкг/г

70

60

50

40

30

20

10

0

ЕВ Клевер гибрвднвый

Клевер ползучий

Люцерна хмелевидная

улица

Рис. 2 - Содержание АК в листьях некоторых растений семейства ГаЬасвав, произрастающих в Центральном районе г. Калининграда, мкг/г сырого веса

мкг/г

к

&

Н Клевер гибридный

Клевер ползучий

Люцерна хмелевидная

Рис. 3 - Содержание АК в листьях некоторых растений семейства ГаЬасвав, произрастающих в Московском районе г. Калининграда, мкг/г сырого веса

улица

£

u-

£

<

£

cc

tz

u-

£

h-

£

Рис. 4 - Содержание каротиноидов в листьях некоторых растений семейства Fabaceae, произрастающих в Ленинградском районе г. Калининграда, мг/г сырого веса

мг/г

Рис. 5 - Содержание каротиноидов в листьях некоторых растений семейства Fabaceae, произрастающих в Центральном районе г. Калининграда, мг/г сырого веса

Рис. 6 - Содержание каротиноидов в листьях некоторых растений семейства Fabaceae, произрастающих в Московском районе г. Калининграда, мг/г сырого веса

растениями различных поллютантов, вызывая окислительный стресс [6, 7]. У растений, растущих вблизи крупных транспортных артерий города, отмечено повышенное содержание тяжёлых металлов, таких, как никель, кадмий, цинк, свинец. Имеются данные о том, что цинк значительно изменяет содержание антиоксидантов в растениях, повышая их концентрацию [8].

Есть данные, что действие рутина и АК связано, они участвуют в окислительно-восстановительных процессах [2], поэтому пики

накопления рутина были соответственны пикам накопления A^ Aналогичная закономерность наблюдалась в накоплении антоцианов и суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов в листьях всех исследуемых растений.

В ходе исследования содержания кароти-ноидов в листьях некоторых газонный растений семейства бобовых, произрастающих в Ленинградском районе г. Калининграда, было показано (рис. 4), что максимум накопления каротиноидов

в листьях клевера гибридного установлен на Ленинском проспекте (1,93 мг/г), клевера ползучего — на Гвардейском проспекте (1,44 мг/г), люцерны хмелевидной — на Московском проспекте (0,99 мг/г). В Центральном районе высокий уровень каротиноидов (рис. 5) отмечен в листьях клевера гибридного, произрастающего на ул. Менделеева (0,73 мг/г), клевера ползучего — на ул. Д. Донского (0,51 мг/г), люцерны хмелевидной — на ул. Менделеева (0,61 мг/г). При исследовании содержания каротиноидов у газонных растений, произрастающих в Московском районе г. Калининграда, было показано (рис. 6), что максимальный уровень пигментов отмечен в листьях клевера гибридного и клевера ползучего на ул. Дзержинского (0, 65 и 0,77 мг/г соответственно), люцерны хмелевидной — на ул. Емельянова (0,65 мг/г).

Высокий уровень каротиноидов в листьях исследуемых растений, произрастающих вблизи основных транспортных артерий города, является естественным механизмом защиты от антропогенного загрязнения, направленным на сохранение внутриклеточных компонентов, которые чувствительны к отрицательным воздействиям. Минимум накопления пигментов выявлен у растений, взятых в качестве контроля и произрастающих в п. Победино Краснознаменского района. Повышенное содержание каротиноидов может определять степень адаптационных способностей растений и позволяет выделить зоны с разным уровнем загрязнения.

Содержание всех исследуемых веществ (аскорбиновой кислоты, рутина, каротиноидов, антоцианов, суммарного содержания водорастворимых антиоксидантов) в листьях растений было видоспецифично и уменьшалось в ряду: клевер гибридный (Trifolium hybridus L.) — клевер

ползучий (Trifolium repens L.) — люцерна хмелевидная (Mediccigo lupulina L.).

Таким образом, максимумы накопления исследуемых веществ наблюдались в листьях газонных растений, произрастающих на улицах, являющихся основными транспортными артериями г. Калининграда (Московский проспект, Ленинский проспект, Гвардейский проспект, площадь Василевского, ул. Дзержинского и т.д.). Возможно, это связано с тем, что по мере усиления антропогенного загрязнения окружающей среды происходит увеличение содержания антиоксидантов, что может являться одним из физиологических механизмов адаптации к неблагоприятным условиям, в которых они вынуждены существовать. Высокий уровень компонентов антиоксидантной защиты можно использовать как тест-индикатор на загрязнение окружающей среды.

Литература

1. Мерзляк М. Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительных клеток // Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений. М.: ВИНИТИ, 1989. Т. 6. С, 1-168.

2. Николаевский B.C. Биологические основыгазоустойчивости растений. Новосибирск: Наука, 1979. 278 с.

3. Чупахина Г.Н., Масленников П. В. Методы анализа витаминов: практикум. Изд-во КГУ, 2004. С. 15.

4. Муравьёва Д.А., Бубенчикова В.Н., Беликов В.В. Спектрофотометрическое определение суммы антоцианов в цветках василька синего // Фармакология. 1987. Т. 36. С. 28—29.

5. Методика выполнения измерений содержания антиоксидантов в БАДах, напитках, экстрактах растений / ОАО НПО «Химавтоматика», НТЦ «Хроматография». М., 2004. 12 с.

6. Кудашова Ф.И. Особенности азотного обмена пихты сибирской при адаптации к воздушному загрязнению // Флора, раститительные ресурсы Забайкалья: матер, междунар. конф. Чита, 1997. С. 138-140.

7. Половникова М.Г., Воскресенская О. JI. Активность компонентов антиоксидантной защиты и полифенолоксидазы у газонных растений в онтогенезе в условиях городской среды // Физиология растений. 2008. Т. 55. № 5. С. 777-785.

8. Юан К.Х., Ши Ж.К., Жао Ж., Жань X., Ху К.С. Физиологический анализ Alternanthera philoxeroides в условиях цинкового стресса // Физиология растений. 2009. Т. 56. № 4. С. 546-554.