Активность каталазы как показатель жизненного состояния древесных растений в городских условиях

УДК 581.1

АКТИВНОСТЬ КАТАЛАЗЫ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ CATALASE ACTIVITY AS AN INDICATOR OF THE VITAL STATE OF WOODY

PLANTS IN URBAN ENVIRONMENTS

Карасев В.Н., Карасева М.А., Серебрякова Н.Е., Абрамова Д.А.

Karasev V.N., Karaseva M.A., Serebryakova N. E., Abramova D. A.

Приведены показатели активности каталазы различных органов древесных растений в городских условиях

The parameters of catalase activity of woody plants in urban environments are investigated

Ключевые слова: каталаза, жизненное состояние Key words: Catalase, woody plants

В условиях городской среды зеленые насаждения постоянно подвергаются воздействию различных техногенных факторов.

Для биоиндикации загрязнения городской среды могут использоваться методы определения активности окислительных ферментов: пероксидазы, полифенолаксидазы, каталазы и др. [1, 2].

Каталаза относится к классу ферментов - оксиредуктаз, - это двухкомпонентный фермент, состоящий из белка (апофермент) и соединенной с ним простетической группы (кофермент); последняя содержит гематин, в состав которого входит железо [3]. Под действием каталазы происходит разложение перекиси водорода, накапливаемой в процессе дыхания, на воду и молекулярный кислород. Наиболее активна каталаза в молодых жизнеспособных тканях и органах растений. С возрастом тканей, а также при снижении их жизнеспособности, активность этого фермента закономерно снижается. Изменение качества и активности окислительно-восстановительных ферментов каталазы и пероксидазы может служить определенным показателем реакции растительного организма к неблагоприятным факторам окружающей среды и для оценки приспособления растений к условиям существования.

Цель исследований заключалась в определении показателей активности каталазы основных хвойных древесных пород, произрастающих в городских условиях, в зонах с различным техногенным воздействием.

Город Йошкар-Ола относится к городам с умеренной степенью загрязнения атмосферы. Неблагоприятное состояние атмосферного воздуха г. Йошкар-Олы определяют выбросы следующих загрязняющих веществ: ацетон, бензин нефтяной, ксилол, толуол, этилацетат, бутилацетат, окислы азота, аммиак, сажа, формальдегид, фтористые соединения, циклогексан [4].

Объектами исследования являлись основные хвойные породы, наиболее широко используемые в озеленении города; ель колючая, лиственница сибирская, сосна кедровая сибирская, ель европейская. Изучалось жизненное состояние магистральных насаждений микрорайона «Нагорный», испытывающих техногенное

воздействие транспортными выбросами. В качестве условного контроля были исследованы насаждения Ботанического сада - института ПГТУ, произрастающие в лесопарковой зоне.

Определение активности каталазы в растительных тканях проводилось газометрическим способом [5], в качестве образцов использовались части двухлетних побегов: хвоя, кора.

В таблице 1 приведены показатели активности каталазы различных частей побегов хвойных пород, взятых для анализа во второй декаде августа 2015 года.

Таблица 1- Активность каталазы в коре и листьях двухлетних побегов хвойных древесных видов, мл О2/г.мин_

Порода Образе Зона условного контроля Зона техногенного

ц воздействия

Х ср т х С,% Х ср т х С,%

Лиственница Хвоя 3,1 0,06 5,5 2,09 0,18 21,5

сибирская Кора 9,0 0,35 9,0 13,60 0,57 10,4

Кедр Хвоя 6,8 0,30 12,2 5,78 0,30 14,5

сибирский Кора 14,4 0,60 10,4 11,20 1,16 19,6

Ель колючая Хвоя 1,5 0,24 48,0 0,82 0,12 43,9

Кора 8,5 0,60 19,7 14,36 1,55 26,4

Ель Хвоя 2,4 0,79 99,3 1,40 0,37 82,4

европейская кора 13,3 0,30 7,5 27,01 2,59 23,3

На участках в зоне техногенного воздействия активность каталазы хвои лиственницы сибирской, ели колючей, ели европейской имеет меньшие показатели по сравнению с деревьями в лесопарковой зоне. Параметры активности каталазы хвои при техногенном воздействии отличаются очень большой изменчивостью: у ели колючей - 43,9 %, у ели европейской-82,4 %.

У кедра сибирского, растущего в разных условиях, показатели активности каталазы хвои существенно не различались. Более стабильные показатели активности каталазы отмечены при анализе коры двухлетних побегов исследуемых древесных пород

Наиболее существенное влияние техногенного воздействия на активность каталазы в коре побегов выявлено у ели европейской. Активность каталазы в зоне загрязнения у данного вида почти в два раза выше, чем в зоне условного контроля (Г факт -27,6 , F крит.- 4,96), коэффициент детерминации, отражающий влияние атмосферного загрязнения на активность каталазы коры ели европейской составляет 0,73.. .0,75..

Деревья разного жизненного состояния в городских условиях имеют различия в показателях оводненности хвои и побегов. У некоторых видов при значительном техногенном воздействии наблюдается более высокие показатели осмотического потенциала клеточного сока хвои, что свидетельствует о напряженном водном режиме в городских условиях (табл.2).

Таблица 2 - Осмотический потенциал клеточного сока хвои, атм.

Кедр сибирский Лиственница сибирская

Условия роста Возраст хвои, лет

1 летняя 2-х летняя хвоя ауксибластов хвоя брахибластов

Техногенная зона 13,32 14,31 13,4 13,9

Зона условного 12,39 13,95 12,8 13,5

контроля

У здоровых, активно растущих деревьев, имеющих оптимальные показатели водного режима, активность каталазы почти в 1,5 раза больше, чем у ослабленных деревьев.

Активность данного фермента связана с физиологическим состоянием деревьев и может быть использована для диагностики их жизнеспособности. При значительном техногенном загрязнении у ели европейской отмечена более высокая активность фермента в хвое и коре побегов по сравнению с фоновыми насаждениями, что можно объяснить своеобразной реакцией растений на неблагоприятные условия.

На основании проведенных исследований можно отметить, что характер изменения активности каталазы хвойных древесных растений в насаждениях с разной степенью техногенного воздействия (разных экологических категорий) специфичен для каждого вида и необходимы дальнейшие исследования по изучению динамики данного показателя в течение вегетационного периода.

Список использованных источников

1. Николаевский, В.С. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации [Текст] /В.С. Николаевский.- М.: МГУЛ, 1999.-193 с.

2. Бухарина, И.Л. Эколого-биологические особенности древесных растений в урбанизированной среде [Текст] /И.Л. Бухарина, Т.М. Поварницина, К.М.Ведерников.- ИжГСХА. Ижевск, 2007. -216 с.

3. Кретович, В.Л. Биохимия растений [Текст] / В.Л. Кретович. Учебник для биол. фак-тов унтов. - М.: Высшая школа, 1980. - 445 с.

4. Экологическая оценка городской среды [Текст] / Е.А. Алябышева, Е.В. Сарбаева, О.Л. Воскресенская, В.С. Воскресенский. -Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2013. -96 с.

5. Вигоров, Л.И. Практикум по физиологии древесных растений [Текст] / Учебное пособие для лесотехн. вузов СССР /Л.И. Вигоров. - М.: Высшая школа, 1961. - 147 с.