Л.А.Москвина ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОТНОСТИ КЛЕТОЧНОГО СОДЕРЖИМОГО ДЛЯ ФИТОКОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1999 ВЕСТНИК НОВГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА № 11
УДК 577.4
Л.А.Москвина
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОТНОСТИ КЛЕТОЧНОГО СОДЕРЖИМОГО
ДЛЯ ФИТОКОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
The possibility of using the acidity cellular contents indicators for phytocontrol of
contamination of environment is discussed. It is ascertained that the air contamination by toxic
ejections change the cellular contents acidity in the direction of oxidation. Determination of acidity
indicator is one of the simple and available methods allowing to prevent the irreversible disorders on
the early stage of metabolism disturbance.
Загрязненный атмосферный воздух становится серьезным экологическим
фактором, который негативно влияет на морфогенез и метаболизм растений, устойчивость лесных экосистем и их способность к продуцированию биомассы. Поглощенные растениями вредные соединения могут быть преобразованы в ходе обмена
веществ или включены в общий метаболизм. Однако большинство вредных веществ вовлекаются в этот процесс в незначительных концентрациях, а в самих растениях изначально присутствуют в следовых количествах. Превышение естественного содержания может быть использовано в качестве индикационного признака
для определения стрессовой нагрузки.
Методы биоиндикации позволяют регистрировать уровень загрязнения воздуха, превышающий нормативы ПДК. Большое внимание, которое уделяется фитоконтролю (биоиндикации) состояния окружающей среды, обусловлено рядом обстоятельств: высокой чувствительностью растений к загрязнителям атмосферы в
связи с автотрофным характером метаболизма; возможностью регистрации синергического эффекта воздействия токсичных компонентов, который не учитывается
физико-химическими методами регистрации загрязнения среды; меньшими экономическими затратами в процессе определения уровня загрязнения среды вредными
ингредиентами по сравнению с дорогостоящими газоанализаторами [1]. Загрязнители атмосферы, проникая в органы растений в виде ионов кислот, оснований, изменяют кислотность и окислительно-восстановительный потенциал клеточного сока. Эти нарушения являются следствием дисбаланса ионного равновесия, свойственного клеткам того или иного органа растения, и возникают при определенной
концентрации токсиканта.
Большинство исследователей считают, что основными сильнодействующими
ядами являются оксиды серы и азота, а остальные факторы только усугубляют их
отрицательное воздействие. Степень повреждения растений кислыми газами зависит от влажности воздуха, температуры и других экологических факторов. Рядом
исследователей установлено, что в местах с повышенной влажностью воздуха наблюдается острое отравление растений диоксидом и триоксидом серы. Повреждения растений токсичными газами особенно усиливаются при одновременном повышении относительной влажности и температуры воздуха. Концентрация диоксида серы и других газов в воздухе зависит от силы и направления ветра по отношению к источнику задымления. На газоустойчивость растений влияет также режим
питания, особенно азотного. При подкормке растений нитратной формой азотных
удобрений (NaNO3) кислотность клеточного содержимого окуренных SO2 растений
уменьшается. Вследствие этого газоустойчивость растений, произрастающих на
почвах. богатых азотом, значительно повышается [2].
Воздушное загрязнение прямо или косвенно ослабляет жизнедеятельность
листьев и хвои, корневых систем, является результатом загрязнения и подкисления
почв, в свою очередь оказывающих влияние на рост и развитие растений. Реакция
почвенного раствора оказывает большое влияние на численность микроорганизмов
в почве и на их групповой и видовой состав, а через них — и на режим питания зеленых растений. Изменение килотности и окислительно-восстановительного потенциала происходит вначале в мезофилле листа, где в первую очередь разрушаются фотосинтетические структуры. По мере разрушения внутриклеточных структур
появляются внешние, визуально различимые повреждения и отклонения от нормы у
ассимиляционных органов и других частей растений. Чем сильнее и продолжительнее это воздействие, тем в большей степени проявляется фитопатологический эффект.
Все это позволяет использовать кислотность клеточного содержимого для
функциональной диагностики растений и фитоконтроля загрязнения среды, благодаря чему возможно в оптимальные сроки прогнозировать необратимые патологические нарушения, предотвратить их или ослабить.
Объектами нашего исследования служили листья и хвоя древеснокустарниковых растений Валдайского национального парка (ВНП). Отбор образцов
производили на трех участках ВНП, различающихся условиями произрастания растений (характер местообитания и воздействие источников загрязнения). Анализировали pH клеточного содержимого в водной вытяжке. Для этого навески листьев и
хвои (600 мг) гомогенизировали в 7,5 мл дистиллированной воды и сразу определяли значение pH на иономере ЭВ-74. Опыты проводили в трех биологических повторностях (по 3-4 повторности в каждой). Результаты обработаны статистически:
определялась среднеквадратическая ошибка среднего арифметического. При оценке достоверности использовали критерий Стьюдента при 5%-м уровне значимости.
По состоянию воздушного бассейна и способности атмосферы к рассеиванию
различных примесей территория ВНП обладает умеренным потенциалом загрязнения атмосферы. Это связано, главным образом, с ее положением на пути глобального переноса загрязняющих веществ [3]. Негативными факторами, влияющими на
повышение уровня загрязнения, являются направленность 70% ветров в сторону
ВНП, тенденция увеличения нагрузки на автомагистраль Москва — СанктПетербург, выбросы токсичных веществ предприятиями г. Окуловка (целлюлознобумажный и известковый комбинаты), эпизодические воздействия выбросов АО
«Акрон». Неоднородность рельефа (чередование холмов и гряд с впадинами, долинами и небольшими равнинами), повышенная влажность воздуха (78-80%), преобладание дерново-подзолистых почв, бедных гумусом и питательными веществами,
способствуют концентрации загрязняющих веществ в определенных районах территории ВНП. Процессы перемешивания загрязняющих веществ в приземном слое
воздуха также увеличивают нагрузку на фитоценозы. Наблюдались случаи превышения ПДК оксидов азота в два раза.
Полученные данные позволили установить зависимость между количеством и
составом загрязнителей и повышением кислотности клеточного содержимого (табл.
1, 2.).
Таблица 1
Выбросы основных загрязняющих веществ, т/год (1997 г.)
Предприятия
Загрязняющие вещества
Сернистый ангидрид
Окислы азота
Окислы углерода
Серная кислота
Целлюлознобумажный комбинат
38,057
35,404
0,034
—
Таблица 2
Значения кислотности клеточного
содержимого листьев и хвои древеснокустарниковых растений ВНП (1997 г.)
Участок
отбора
проб
I
II
III
1.
2.
3.
Вид
растения
Рябина
Клен
Береза
Сосна
Ель
Рябина
Клен
Береза
Сосна
Ель
Рябина
Крушина
Ольха
Береза
Ель
Cр.
значение
pH
6,29
6,25
5,07
4,49
6,30
2,78
2,65
2,43
2,87
4,01
2,69
2,65
2,36
3,01
2,15
Известковый
комбинат
40,869
44,310
0,239
—
АО «Акрон»
2,833
1210,955
—
0,642
Установлено влияние некоторых климатических факторов (влажность, температура) на
увеличение загрязнения территории и соответственное изменение значений pH в более кислую сторону. Обобщение данных позволило сделать вывод о
том, что некоторые районы ВНП
подвержены воздействию кислых атмосферных осадков. Атмосферные выпадения загрязняющих веществ формируют
высокий уровень нагрузки на
древесно-кустарниковую растительность. В зависимости от степени газоустойчивости растений
внешние симптомы повреждения
кислыми газами могут отсутствовать, тогда как метаболизм нарушается, о чем свидетельствует
показатель кислотности клеточного содержимого.
Сергейчик С.А., Сергейчик А.А., Сидорович Е.А. Экологическая физиология хвойных пород Беларуси в техногенной среде. Минск: Беларуская навука, 1998. 199 с.
Двороковский М.С. Экология растений. Москва: Высшая школа, 1983.
190 с.
ВНП: перспективы развития / Под ред. М.В.Глазырина. М.; Новгород, 1996.
247 с.