Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ASSESSMENT OF THE DEGREE OF STABILITY OF ORNAMENTAL BUSHES ON THE ACCUMULATION OF FREE PROLINE IN THE VEGETATIVE ORGANS

Lubimov V.B. 1 Logacheva E.A. 2
1 FHBOY VPO «Bryansk state University named after academician I.G. Petrovsky»
2 FHBOY VPO «Balashov Institute (branch) of the Saratov state University N.G. Chernyshevsky»
Effective way of improvement of the environment is the development of green building, protective afforestation, establishment of parks and gardens. To solve it is necessary to introduce new resistant to toxic substances species. Introduction in the range of the ornamental shrubs, being characterized high resistance to abiotic and anthropogenous factors is of great importance in gardening, at creation of gardens and parks, protective plantings. Bushes are important for creation of biogroups, dense green hedges, creation of other elements of plantings of various purpose. That will help to create environmentally sustainable plantations. It is determined that the increase of stability of plants to toxic substances is accompanied by accumulation of proline. In relation to toxic substances decorative bushes introduced in Saratov region is divided into three groups. Study of the dynamics of formation and accumulation of proline helps to determine the degree of resistance to toxic substances of different species of plants and monitor the state of environment.
Monitoring
proline
introduction
plant species
shrubs
the degree of stability.
1. Balina K.V. Bioecological characteristic of representatives cultural dendroflor of the Saratov region and expediency of its enrichment by new introduced species: Avtoref. yew. Cand.Biol.Sci. Voronezh, 2001. 24 p.
2. Ivanov A.I., Statsenko A.P., Konkina E.E., Sergeyev O.V., Tuzhilov L.I. Free proline – a biochemical exponent of pollution of environment. Natural and resource potential, ecology and sustainable development of regions of Russia: collection of articles of the fifth International scientific and practical conference. Penza: State university, 2007, pp. 95-97.
3. Ivanov A.I., Statsenko A.P., Sergeyev O.V., Konkin E.E., Tuzhilov L.I. Dynamic of a free proline in needles of plants in the conditions of chemical stress. Monitoring of natural ecosystems in zones of protective measures of objects on destruction of the chemical weapon. Penza: State university, 2007, pp. 67-69.
4. Kyznecov V.V., Shevyakova N. I. Prolin at a stress: biological role, metabolism, regulation. Physiology of plants. T.46, 2, 1999, pp. 321-336.
5. Lyubimov V. B., Nazarov Yu.V. Aktualnost of monitoring of heavy metals in natural and man-made ecosystems of Prikhoperya. Optimization of landscapes of the zone and broken lands. Voronezh: VGU, 2005, pp. 151-155.
6. Repkina N. S. Ekologo-fiziologichesky research of mechanisms of adaptation of plants of wheat to separate and joint action of low temperature and cadmium: Avtoref. yew. Cand.Biol.Sci. Petrozavodsk, 2014. 24 p.
7. Statsenko A.P., Ivanov A.I., Konkina E.E., Tuzhilova L.I., Sergeyev O.V. Biochemical testing of environmental pollution. Modern environmental problems: reports of the All-Russian scientific and technical conference. Moscow – Tula: Tulgu, 2007, pp. 65-66.
8. Tuzhilova L.I. Pinus sylvestris L use. in phytoindication of pollution of the territory in places of destruction of the chemical weapon: Avtoref. yew. Cand.Biol.Sci. Bryansk, 2009. 21 p.

Развитие отраслей народного хозяйства сопровождается урбанизацией территорий, ростом автопарка, развитием промышленности, сельского и лесного хозяйства, загрязнением среды, что негативно сказывается на здоровье человека. Учёными МГУ и Биоцентра РАН была предложена программа «Экополис», направленная на изучение загрязнения среды в городах и сёлах. Результаты исследований, осуществлённые по такой программе, успешно используются для разработки рекомендаций, направленных на оздоровление и сохранение окружающей среды. Как известно, наиболее эффективным способом решения экологической проблемы, направленной на оздоровление среды, является интенсификация зеленого строительства, защитного лесоразведения, создание лесных культур, противоэрозионных, приовражных насаждений, насаждений вдоль дорог и т.д. Однако и сами насаждения сегодня подвергаются значительному техногенному прессингу, поэтому целесообразно изучение не только толерантности видов растений, в том числе и декоративных кустарников, к абиотическим факторам, но и к техногенному загрязнению среды токсичными веществами, что будет способствовать созданию высокоэффективных, экологически устойчивых насаждений различного целевого назначения.

Рядом исследователей отмечается, что для нейтрализации отрицательного влияния загрязнителей в растениях вырабатывается свободный пролин, осмотически активное низкомолекулярное вещество, образующее гидрофильные коллоиды, удерживающее воду и защищающее растительные белки от разрушения (при неблагоприятных условиях). Причем наиболее устойчивые виды растений в условиях стресса отличаются повышенным содержанием пролина. Например, как отмечают Н.С. Репкина и Л.И. Тужилова, повышение устойчивости растений к загрязнению, сопровождается усилением накопления антиоксиданта – свободного пролина [6, 8].

Цель исследования: оценить возможность определения устойчивости декоративных кустарников к техногенному загрязнению окружающей среды урбанизированных территорий по накоплению свободного пролина в вегетативных органах (листьях), то есть исследовать роль свободного пролина в процессе адаптации разных видов из числа декоративных кустарников к токсичным веществам и использованию этого показателя в комплексном мониторинге степени загрязнения окружающей среды.

Материалы и методы исследований

Объектом исследований являлось определение содержания пролина в листьях двадцати видов декоративных кустарников, введённых в озеленение г. Балашова

Саратовской области:

1 – виды, широко введенные в озеленение: Syrínga vulgáris L., Amelanchier ovalis Med., Aronia melanocarpa (Michx.) Elliott, Ribes aureum L., Caragána arborescens Lam;

2 – виды, перспективные для широкого введения в озеленение: Euonymus verrucosus Scop, Lonicera tatarica L., Sambucus racemosa L., Symphoricarpos albus (L.) Blake, Viburnum opulus L., Euonymus verrucosus Scop, Amorpha fruticosa L., Cotoneaster lucidus Schlecht., Caragána arborescens Lam, Sorbaria sorbifolia (L.), Rósa canína L., Spiraea hypericifolia L., Philadelphus coronarius L.;

3 – виды, требующие дальнейшего изучения перспективности их широкого введения в озеленение: Physocarpus opulifolius (L.) Maxim, Tamarix gracilis Willd [1].

Проводилась оценка степени накопления пролина в вегетативных органах (листьях) различных видов декоративных кустарников по методике Бэйтса (Bates et al., 1973), приведенной в работах Н.С. Репкиной и Л.И. Тужиловой [6-8].

Метод основан на взаимодействии пролина с нингидриновым реактивом, образующим розово-красную окраску. Содержание свободного пролина определяли в двухграммовой навеске растительного материала, которую растирали в ступке с кварцевым песком в 20 мл водного раствора сульфосалициловой кислоты. Два миллилитра фильтрата смешивали в пробирке с притертой стеклянной пробкой с 2 мл кислого нингидрина (ninhydrin – органическое соединение, относящиеся к классам кетонов, спиртов и конденсированных карбоциклов вещество, применяемое для выявления и количественного определения α аминокислот) и 2 мл ледяной уксусной кислоты. Смесь выдерживали в течение одного часа на кипящей водяной бане, затем реакцию ограничивали в плотной струе холодной воды. В пробирки с охлажденной смесью приливают по 4 мл бензола, после чего интенсивно взбалтывали до перехода оранжевой окраски в органический растворитель. Верхний окрашенный слой сливали в кюветы /20 мм/ и с помощью фотоэлектроколориметра КФК-З или ФЭК-56М (прибор для определения концентрации вещества в растворе по величине поглощения монохроматического света) измеряли плотность окраски раствора. Экстинцию (от лат. exstinctio – гашение – ослабление пучка света при его распространении в веществе за счёт поглощения света и рассеяния света) определяли на синем светофильтре с длиной волны 520 нм. Концентрацию аминокислоты рассчитывали по калибровочной кривой, построенной на стандартных растворах пролина, и выражали в мг % на сырую массу.

Содержание свободного пролина вычислялось в мг %. По коэффициентам устойчивости, которые выражаются отношением содержания аминокислоты в пробе загрязненного района к таковому в контрольной зоне, определяли степень газоустойчивости растений. При этом выделяли три степени устойчивости: высокоустойчивые растения коэффициенты 7,3 и выше; среднеустойчивые (4,2-7,2) и слабоустойчивые (4,1 и ниже).

Отбор проб проводился на трёх загрязненных пробных площадях города Балашова: 1. КПТ 1 – за 2 мин. в 3 направлениях – 54 ед. автотранспорта, 2 – ул. Ленина 157 – за 2 мин. в 2 направлениях – 58 ед. автотранспорта, 3. ул. 30 лет Победы, 133 – за 2 мин. в 4 направлениях – 57 ед. автотранспорта. Контрольные образцы отбирались на трёх пробных площадях незагрязнённой территории: 1 – в районе станции юных натуралистов, 2 – в парке им. Куйбышева и 3 – территория Балашовского лесничества (на всех трех пробных площадях зарегистрировано единичное движение автотранспорта).

Результаты исследований и их обсуждение

Степень накопления пролина в вегетативных органах (листьях) различных видов декоративных кустарников, введенных в озеленение и парки города Балашова, а также Балашовского лесничества отражена в табл. 1.

Некоторые статистические показатели, характеризующие средние арифметические значения содержания пролина в контроле и опыте приведены в табл. 2.

По мере повышения устойчивости видов к токсичным веществам содержание свободного пролина в вегетативных органах (листьях) декоративных кустарников увеличивается (от 40,91±1,98 до 102,7±3,45 мг %). При этом коэффициент варьирования (Cv ) содержания пролина снижается с 13,7 до 8,22 %. Полученные показатели, определённые с доверительным интервалом на 95 % уровне, заслуживают доверия ввиду большой достоверности средних арифметических значений (вычисленный критерий Стьюдента (t) значительно превышает табличные значения) и показателя точности опыта (P), меньшего 5 %.

Таблица 1

Оценка устойчивости декоративных кустарников в городской среде (2013 год)

n|n

Вид растений

Содержание пролина, мг %

Коэффициент устойчивости

контроль

опыт

Виды, отнесённые к группе слабой степени устойчивости

1

Crataegus sanguinea Pall.

13,6

47,6

3,5

2

Euonymus verrucosus Scop

11,9

40,5

3,4

3

Symphoricarpos albus (L.) Blake

14,2

48,3

3,4

4

Tamarix gracilis Willd

13,9

45,9

3,3

5

Amorpha fruticosa L.

10,9

33,8

3,1

6

Physocarpus opulifolius (L.) Maxim

11,7

37,4

3,2

7

Lonicera tatarica L.

12,4

36,0

2,9

8

Spiraea hypericifolia L.

12,6

37,8

3,0

Виды, отнесённые к группе средней степени устойчивости

9

Cotoneaster lucidus Schlecht.

12,6

65,5

5,2

10

Viburnum opulus L.

12,1

56,9

4,7

11

Amelanchier ovalis Med.

13,1

55,1

4,2

12

Philadelphus coronarius L.

14,0

70,4

5,0

13

Ribes aureum Pursh

12,8

73,2

5,7

14

Sambucus racemosa L.

11,8

69,6

5,9

Виды, отнесённые к группе высокой степени устойчивости

15

Aronia melanocarpa (Michx.) Elliott

13,4

97,8

7,3

16

Juniperus sabina L.

15,0

117,0

7,8

17

Sorbaria sorbifolia (L).

11,7

95,9

8,2

18

Caragána arborescens Lam.

13,5

108,0

8,0

19

Rósa canína L.

12,2

102,5

8,4

20

Syrínga vulgáris L.

12,7

95,3

7,5

Таблица 2

Статистические показатели, характеризующие содержание пролина, в мг % в контроле и опыте в разных группах устойчивости кустарников (2013 год)

Группа устойчивости

M±m

σ

Cv

P

t

Виды, отнесённые к группе слабой степени устойчивости

Опыт, мг %

40,91±1,98

5,61

13,7

4,85

20,59

Контроль, мг %

12,65±0,41

1,16

9,18

3,24

30,77

Виды, отнесённые к группе средней степени устойчивости

Опыт, мг %

65,1±3,1

7,5

11,52

4,7

21,3

Контроль, мг %

12,7±0,32

0,77

6,11

2,49

40,0

Виды, отнесённые к группе высокой степени устойчивости

Опыт, мг %

102,7±3,45

8,45

8,22

3,36

29,7

Контроль, мг %

13,1 ±0,47

1,2

8,9

3,6

27,6

Из 20 видов, изученных в озеленении г. Балашова Саратовской области декоративных кустарников, 6 видов относятся к группе высокоустойчивых к загрязнению токсичными веществами окружающей среды: Aronia melanocarpa (Michx.) Elliott, Juniperus sabina L., Sorbaria sorbifolia (L.), Caragána arborescens Lam., Rósa canína L., Syrínga vulgáris L., 6 – к группе среднеустойчивых: Cotoneaster lucidus Schlecht., Viburnum Opulus L., Amelanchier ovalis Med., Philadelphus coronarius L., Ribes aureum Pursh, Sambucus racemosa L. и 8 видов отнесены к группе слабоустойчивых: Euonymus verrucosus Scop, Symphoricarpos albus (L.) Blake, Tamarix gracilis Willd, Amorpha fruticosa L., Physocarpus opulifolius L., Lonicera tatarica L., Spiraea hypericifolia L., Crataegus sanguinea Pall. Такое деление декоративных кустарников по степени устойчивости необходимо учитывать при создании и реконструкции насаждений различного целевого назначения.

Заключение

Адаптация растений к техногенному загрязнению токсичными веществами связана с комплексом действующих физиолого-биохимических механизмов. Важное место среди таких механизмов занимает процесс активации образования и накопления низкомолекулярных антиоксидантов пролина в ответ на загрязнение среды. Такое заключение подтверждается и работами ряда других исследователей А.И. Иванова, А.П. Стаценко, О.В. Сергеевой, Е.Е. Конкиной, Л.И. Тужиловой, В.В. Кузнецова, Н.И. Шевяковой и Н.С. Репкиной [2-4, 6-8]. Таким образом, определение пролина позволяет, с одной стороны, оценить устойчивость разных видов декоративных кустарников к загрязнению токсичными веществами, а с другой – использовать эти виды в качестве биоиндикаторов для мониторинга состояния среды. Исследования такого направления целесообразно продолжить.

Рецензенты:

Зайцева Е.В., д.б.н., профессор, зам. директора естественно-научного института, ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет им. академика И.Г. Петровского, г. Брянск;

Ларионов М.В., д.б.н., профессор кафедры биологии и экологии Балашовского института (филиала) ФГБОУВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского», г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 29.07.2014.