Регистрация / Вход
Прислать материал

Экологическая оценка состояния древесных растений, произрастающих на городских территориях, с помощью методов фитоиндикации

Сведения об участнике
ФИО
Ершова Дарья Сергеевна
ФИО (на английском языке)
Ershova Darya
Название организации
СГТУ им. Ю.А. Гагарина
Информация о докладе
Вид доклада
Постерный доклад
Секция
Биоиндикация и химический анализ в экологическом мониторинге
Название доклада
Экологическая оценка состояния древесных растений, произрастающих на городских территориях, с помощью методов фитоиндикации
Соавторы доклада (ФИО, организация, город, страна)
Юдина Софья Александровна; Симонова Зоя Александровна, СГТУ имени Гагарина Ю.А., г.Саратов, Россия;
Аннотация
В работе проводились экспериментальные исследования по определению флуктуирующей асимметрии листовой пластинки и активности аскорбиноксидазы в листьях Вetula pendula и Populus pyramidalis. Определение активности аскорбиноксидазы в листьях древесных растений определяли титриметрическим методом. Результаты исследования показали, что состояние Betula pendula и Populus pyramidalis, произрастающих в различных функциональных зонах города, оценивается как удовлетворительное. По результатам флуктуирующей асимметрии критическое состояние деревьев отмечается в районах санитарно-защитных зон предприятий. Наибольшая активность аскорбиноксидазы характерна для Betula pendula, произрастающих в районе санитарно-защитных зон предприятий. Для Populus pyramidalis характерна низкая активность аскорбиноксидазы во всех функциональных зонах города
Ключевые слова
ГОРОДСКАЯ СРЕДА, ФЛУКТУИРУЮЩАЯ АСИММЕТРИЯ, АСКОРБИНОКСИДАЗА, ФИТОИНДИКАЦИЯ
Введение

Среда крупного современного города отличается своеобразием основных биологических факторов, а также специфическим действием техногенных факторов. Город представляет собой неустойчивую природно-антропогенную систему, состоящую из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем [1]. Однако у городской и естественной экосистем есть одно сходство – растения.

Городская растительность выполняет те же функции, что и естественная: санитарно-гигиеническую, защитную, продуктивную. Вместе с тем растения в городах вынуждены противостоять негативным факторам, снижая эффективность выполняемых функций. В связи с этим, экологическая оценка состояния растений в городской среде является актуальной задачей.

Адаптации растений к условиям городской среды осуществляются как за счет внутривидовой дифференциации, так и за счет перестройки их популяционной структуры. Реакция на действие стрессовых факторов у растений на первых этапах заключается в изменении их физиолого-биохимических и морфометрических показателей.

Цель нашей работы заключалась в определении состояния древесных растений, произрастающих в различных по степени техногенной нагрузки районах города Саратова, по изменению морфо-биохимических показателей.

Методы и материалы

Для экологической оценки древесных растений города нами были выбраны листья двух видов деревьев, доминирующих в городской растительности: Betula pendula  и  Populus pyramidalis. Сбор растительного материала производился на участках, расположенных в местах оживленного транспортного движения, вблизи крупных промышленных предприятий и в местах массового отдыха горожан. В качестве фонового участка была выбрана территория, расположенная в 50 км от г Саратова в северном направлении. Сбор и фиксация растительного материала проводились по методике оценки состояния организмов по показателям нарушения стабильности развития [2].

Одним из морфологических подходов фитоиндикации, с помощью которого можно произвести экологическую оценку состояния древесных растений, произрастающих в городе, является выявление степени отклонения билатерально-симметричных показателей растений от показателей, характерных для особей, произрастающих на условно чистых территориях. Наиболее часто в качестве степени отклонения билатерально-симметричных показателей растений используют флуктуирующую асимметрию. Определение флуктуирующей асимметрии листовой пластинки Вetula pendula и Populus pyramidalis осуществлялось нами в соответствии с «Методическими рекомендациями по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур)» [3].

В качестве биохимического показателя нами использовалась активность аскорбиноксидазы, которая определялась в листьях деревьев титриметрическим методом [4].

Наше исследование проводилось в течение двух вегетационных периодов (2014 – 2015 гг.).

Полученные результаты

Анализ флуктуирующей асимметрии листовой пластинки Вetula pendula показал, что в среднем по городу за период исследования величина данного показателя варьировала в пределах от 0,02 до 0,078. В начале вегетационного периода для большинства листьев была характерна асимметрия соответствующая условной норме. В конце вегетации интегральный показатель стабильности развития Вetula pendula изменялся и, в среднем по городу, соответствовал 4 – 5 баллам, что свидетельствует о существенных отклонениях от нормы и о критическом состоянии. Наиболее высокие показатели флуктуирующей асимметрии отмечались в центральных районах города, где состояние Вetula pendula оценивалось как критическое. Наибольшими отклонениями в развитии по всему городу обладали Вetula pendula, произрастающие в районе санитарно-зашитных зон предприятий.  Для рекреационных зон было характерно нормальное развитие Вetula pendula без отклонений от нормы.

Для Populus pyramidalis в течение исследуемых вегетационных периодов отмечались наиболее стабильные значения флуктуирующей асимметрии, которые отличались высокими значениями. В районе санитарно-защитных зон предприятий отклонение в развитии Populus pyramidalis от условий нормы соответствовало 5 баллам, что свидетельствует о критическом состоянии деревьев. Вблизи городских автомагистралей значение флуктуирующей асимметрии в основном соответствовало нормальному развитию или незначительно отклонялось от нормы. Критическое состояние отмечалось только для Populus pyramidalis, произрастающих на центральных городских улицах, отличающихся скоплением автотранспорта. Вблизи рекреационных зон существенных изменений в величинах флуктуирующей асимметрии листьев Populus pyramidalis не отмечалось.

Однако для экологической оценки состояния городских деревьев не достаточно изучать только морфологические особенности их листьев. Особое внимание необходимо уделять и биохимическим параметрам, так как при любом негативном воздействии неизбежно будут изменяться и метаболические процессы.

Наиболее значимым при формировании устойчивости к неблагоприятным факторам является активность окислительно-восстановительных ферментов, от которых зависят все метаболические процессы растения.  Особый интерес среди них представляет аскорбиноксидаза, или аскорбиназа. Этот фермент относится к медьсодержащим ферментам и катализирует окисление аскорбиновой кислоты в ее дегидроформу, не обладающую витаминной активностью [5]. Разрушая аскорбиновую кислоту, аскорбиназа влияет на основные метаболические процессы растений, в частности на дыхание, фотосинтез.

В ходе исследования нами определялась активность аскорбиноксидазы в листьях Вetula pendula и Populus pyramidalis. От активности аскорбиназы зависит количество аскорбиновой кислоты: чем выше активность, тем меньше аскорбиновой кислоты, тем менее эффективно протекают все метаболические процессы.

Исследование активности аскорбиназы в листьях Вetula pendula, произрастающих в различных функциональных зонах города, показало, что данный показатель в условиях городской среды за вегетационный период увеличивается. Наименьшие значения активности фермента характерны для начала вегетационного периода, когда активно протекают метаболические и ростовые процессы и количество аскорбиновой кислоты велико. Наибольшие различия были характерны для конца вегетационного периода. Данный факт не противоречит биохимическим особенностям растений. Однако увеличение активности фермента по сравнению с фоновым значением говорит о том, что загрязняющие вещества, присутствующие в окружающей среде города, стимулируют активность фермента, в результате чего происходит более интенсивное уменьшение количества аскорбиновой кислоты.

Результаты по определению активности аскорбиназы в листьях Populus pyramidalis показали, что растения обладали пониженной активностью фермента во всех функциональных зонах города. Наибольшие значения активности аскорбиназы были характерны для насаждений санитарно-защитных зон предприятий. Вместе с тем, низкая активность фермента в листьях Populus pyramidalis свидетельствует о высоком содержании аскорбиновой кислоты. Данный факт не противоречит биохимическим особенностям Populus pyramidalis: для видов, отличающихся повышенной ассимиляционной активностью (разные виды тополей), в условиях интенсивной техногенной нагрузки характерно относительно высокое содержание аскорбиновой кислоты в листьях [6].

 Однако по сравнению с фоновым значением активность фермента в листьях тополей в городских условиях в среднем в 3,6 раз ниже. Пониженная активность аскорбиноксидазы, соответственно увеличение содержания аскорбиновой кислоты  в листьях Populus pyramidalis свидетельствуют об ее участии в механизмах адаптации растений к условиям городской среды.

Заключение

Таким образом, анализ результатов нашего исследования показал, что состояние Betula pendula и Populus pyramidalis, произрастающих в различных функциональных зонах города, оценивается как удовлетворительное. По результатам флуктуирующей асимметрии критическое состояние деревьев отмечается в районах санитарно-защитных зон предприятий. Данные по определению активности аскорбиноксидазы у Betula pendula и Populus pyramidalis в течение вегетационного периода свидетельствовали о том, что растения испытывают негативное воздействие городской среды, которое проявляется на биохимическом уровне. Увеличение активности фермента по сравнению с фоновым значением в листьях Betula pendula показало, что загрязняющие вещества, присутствующие в окружающей среде города, стимулируют его активность, в результате чего происходит более интенсивное уменьшение количества аскорбиновой кислоты. Пониженная активность аскорбиноксидазы в листьях Populus pyramidalis указывает на увеличение содержания аскорбиновой кислоты. Данные факты свидетельствуют об отклонении в функционировании биохимических процессов изучаемых растений и могут являться показателем их угнетенного состояния.

Цитируемая литература
1 Реймерс, Н.Ф. Природопользование. Словарь-справочник / Н.Ф. Реймерс. – М.: «Мысль», 1990. — 639 с.
2 Шестакова, Г.А. Методика сбора и обработки материала для оценки стабильности развития березы повислой / Г. А. Шестакова, А. Б. Стрельцов, Е. Л. Константинов. - Калуга, 1997. - 16 с.
3 Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур): утв. распоряжением МПР № 460-р от 16.10.2003. - 2003.
4 Починок, Х.Н. Методы биохимического анализа растений / Х.Н. Починок. – Киев: Наукова думка, 1976. – 334 с.
5 Кретович, В. Л. Основы биохимии растений / В. Л. Кретович. – М.: Высшая школа, 1971. – 464 с.
6 Бухарина, И.Л. Биоэкологические особенности древесных растений и обоснование их использования в целях экологической оптимизации урбаносреды (на примере г. Ижевска) / И.Л. Бухарина. – автореф. дисс. на соиск.учен. степ. д-ра биол.наук. – Тольятти, 2009. – 36 с.
Благодарности
Не заполнено
Название, авторы, резюме (на английском языке)

Environmental assessment of the trees growing in urban areas, using methods of  phytoindication

Ershova D.S., Uydina S.A., Simonova Z.A.

Yuri Gagarin Saratov State Technical University, Saratov, Russia

The satisfactory state of Betula pendula and Populus pyramidalis have been identified in the work. Trees grew in the different functional areas of the city. Fluctuating asymmetry values leaves trees were highest near the enterprises. The activity of ascorbic acid oxidase in leaves of Betula pendula increased during the growing season in the urban environment. The low enzyme activity was characteristic of  Populus pyramidalis during vegetation.