CC BY
12
УДК 581.174.1 Проф. В.П. Кучерявий1, д-р с.-г. наук; доц. В.1. Мокрий1,
канд. фiз.-мат. наук; О.Б. Шимтв1, У.Б. Башуцька1, Ш. Бейнц2, Б. Втем2
Д1АГНОСТИКА ТА ОПТИМ1ЗАЦ1Я Б1О-НАТУРОЮ СТ1ЙКОСТ1 Ф1ТОМЕЛ1ОРАНТ1В ДЕВАСТОВАНИХ ЛАНДШАФТ1В
Проаналiзовано вплив антропогенних чинникiв, а також роль мшроелементного живлення на морфофiзiолоriчнi та бiофiзичнi показники життeдiяльностi рослин де-вастованих ландшафтiв. Визначено вмют пiгментiв у листках осики, що росте на тери-конах шахт м.Червоноград. За флуоресцентними параметрами встановлено шдекс життeвостi, який пiдтверджуe та уточнюе адаптацiйнi властивостi рослин до впливу стрес-чинниюв. Результати математико-статично! обробки експериментальних даних фiксують вплив мшроелеменпв, якi входять до складу БЮ-НАТУРИ, що проявляеться у пiдвищеннi показниюв життедiяльностi рослин урбанiзованих територiй.
V.P. Kucherjavyj, V.I. Mokryi, O.B. Shymkiv, U.B. Bashutska, Ch. Beijns, B. Vilem
Diagnostic and optimisation by bio-natura of vitality phytomeliorant of
devasted landscape
Antropogeneous phactors influence on morphophisiological and biophysical vitality indices of plants of devastedlandscapes and microelements nuzishment role, also, has ben analized. Pigment content of needle Populus tremula L. growing on the dumps of Chervo-nograd mines. According to the fluorescent parameters plant's vitality indice has been determined. Which proves adaptional properties of photosyntetical apparatus to the phitotoxi-cants influence. Due to the mathematical-statisticaltreatment rezults influence of BIO-NA-TURA microelements content has been fixed, which results in vitality indices of the urbanized territories plant uncreasing.
Вплив урбашзованого середовища проявляеться специф1чно для р1з-них вид1в рослин, залежно вщ кшьюсного та яюсного х1м1чного складу ток-сикант1в, ф1зюлопчно1 активност оргашзму та сукупно! ди стрес-чинниюв [1]. Узагальнення результат дослщжень обмшно-речовинних процеЫв у рослинах дае змогу встановити послщовшсть функцюнальних змш в оргашз-Mi. У м1ру зменшення значимост 1х можна розмютити в ряд: фотосинтез, ди-хання, бiосинтез вторинних речовин, трансшращя, рiст i розвиток. Приведена послщовшсть у певнiй мiрi умовна, оскшьки функцiональнi аномали етюло-пчно пов'язанi. Проте, вона вiдображае причинно-наслiдковi зв'язки мiж фун-кцiями рослинного оргашзму. У зв'язку з цим, вивчення змши активност процесiв або реакцй, дае змогу доповнити загальну картину змiн, що вщбува-ються в органiзмi i послiдовнiсть розвитку патолопчного процесу.
Мета дано! роботи - дiагностика впливу мiкроелементiв, що входять до складу Б1О-НАТУРИ на морфофiзiологiчнi показники осики в умовах антропогенного середовища.
Методика
Об'ектом порiвняльних дослщжень ефективностi Б1О-НАТУРИ вибра-на осика, що росте на териконах шахт м. Червоноград. Кшьюсне визначення
1 Укра!нський державний люотехшчний ушверситет, Льв1в, Укра!на (Ukrainion state university of forestry and wood technology)
2 Мiжнародний науково-дослщний iнститут природно! та цшсно! медицини, Мейсе, Бельгiя (Unternational Science and Research Institute of Natural and General Medicine)
тгменлв проводилось стандартним спектрофотометричним методом [2]. Ак-тившсть фотосинтетичного апарату дослщжувалась методом фотошдукова-но! флуоресценци хлорофшу [3]. Перед вимiрюванням листки адаптувались до темноти протягом 3 хв. 1ндукцшш кривi флуоресценци хлорофiлу вимiрю-вались динамiчним флуориметром [4]. Спектральна сeлeкцiя збуджуючого (450-550 нм) i аналiзованого випромiнювання (680-760 нм) виконана скляни-ми свiтлофiльтрами. Часова залежшсть ФХ рееструеться самописцем. Мате-матико-статистична обробка даних виконувалась згiдно [5].
Результати та обговорення
Основною причиною шактиваци фотосинтезу е порушення у шгмен-тному комплeксi. Змiна вмюту пiгмeнтiв впливае не тiльки на штенсившсть фотосинтезу, але i на загальний рiвeнь мeтаболiзму, рух асимшянлв, синтез ростових речовин. У зв'язку з цим, нагромадження пiгмeнтiв служить крите-рiем стану деревних рослин.
Змши фiзiологiчних функцiй рослин в умовах впливу мюького та про-мислового середовища е першою реакщею-вщповщдю органiзму на умови зростання. Отримаш результати дослiджeнь [4] пiгмeнтного комплексу лис-тяних порiд пiдтвeрджують чутливють ще! системи до впливу стрес-чинни-кiв. Основною причиною шактиваци фотосинтезу е порушення у тгментно-му комплекс^ Змiна вмiсту пiгмeнтiв впливае не тшьки на iнтeнсивнiсть фотосинтезу, але i на загальний рiвeнь мeтаболiзму, рух асимiлянтiв, синтез ростових речовин. В умовах незначного забруднення та ксерофшзаци середовища стимулюеться фотосинтез, збшьшуеться кiлькiсть тгменлв. Харак-терним для них е посилення синтезу каротино1дав, як пристосувально! реак-u;il", напрямлено! на захист вщ фотодинамiчного ефекту руйнування хлороп-ластiв, що свiдчить про вщносну фiзiологiчну стiйкiсть цих порiд до урбоген-ного впливу.
Для нeйтралiзацil негативного впливу урбанiзованого середовища вщо-ме використання мiкроeлeмeнтiв при фолiарному живлeннi [6]. Бiодоступнiсть мшроелеменлв, якi потрапляють iз повiтряних джерел через органи асимшя-цй, може здшснювати значний вплив на пошкоджет рослини. Це мае практич-не значення при некореневому живленш, особливо такими елементами, як Fe, Mn, Zn, Cu, Ni та шшими металами i метало!дами, роль яких ще недостатньо вивчена. Ефeктивнiсть впливу мшроелеменлв на фiзiологiчний стан дослщжу-валась на листках осики - представнику авангардно! рослинностi вiдвалiв шахт м. Червоноград. Аналiзувалась листки дерев iз оприсканих БЮ-НАТУ-РОЮ i неоприсканих (контроль) дiлянок. Результати вимiрювань вмiсту тг-мeнтiв, виконаних у трикратнш бiологiчнiй повторностi, привeдeнi в табл. 1.
Табл. 1. Вплив бю-натури на eMicm n^eHmie, мг/г сирог речовини
у листках осики
Зразок Хлорофш "а" Хлорофш "b" Каротино-1ди "с" "а"/"Ь" " a"+"b" "c"
Контроль 7,97 10,07 3,42 0,79 5,28
Бю-натура 8,92 12,26 4,01 0,72 5,28
Фолiарне поглинання складаеться iз двох фаз - неметаболiчного про-никнення через кутикулу, яке в цшому розглядаеться як основний шлях над-ходження, та метаболiчних процесiв, якими пояснюються накопичення еле-ментiв, протилежних дй iнградiентiв концентрацй. Друга група процесiв вщ-повiдальна за перенесення юшв через плазматичнi мембрани i у протоплазми клггин. Тестовi показники змши стану фотосинтетичного апарату пiд впли-вом бiокаталiтичних мiкроелементiв (Се, Ьа, Бе, N1, Рё, Р1;, КЬ), що входять до складу Бю-натури проявляють тенденцiю до збiльшення, що свiдчить про пiдвищення потенщально! активност фотосинтетичного апарату рослин.
Бiосинтез тгменлв е позитивною реакцiею рослинного оргашзму на вплив стрес-чинника. Спостережуване збшьшення кiлькостi пiгментiв у дос-лщжуваних об'ектах, оприсканих Бiо-натурою свiдчить про стимулящю фотосинтетично! дiяльностi рослин. Фжсована тенденцiя збiльшення вмiсту хлорофшв у листi може бути обумовлена змшами функцiонування окремих ланок фотосинтетично! системи, викликаних впливом мiкроелементiв. Цш-ком можливо, що пiгменти е окремими сенсорними центрами хлорофш-бш-ково-лшо!дному комплексi, якi можуть спiвпадати з центрами фотосистем. Це може бути або речовина, або початкова дшянка фотосистеми, котра воло-дiе селективною чутливютю i першою функцiонально активуеться.
Змши структурно-функцюнального стану хлоропластiв при адаптацй до стресових умов середовища, впливають на кiнетику фотоiндуковано! флу-оресценцi! хлорофiлу - яка вщображае перебiг бiохiмiчних процесiв при фун-кцiонуваннi фотосинтетичного апарату. Найбiльш чутливими ланками фотосинтетично! системи до стрес-чинниюв е електрон-транспортний ланцюг та ферментативш комплекси, якi каталiзують реакцй синтезу АТФ i первинних стабшьних вуглеводнiв [7].
На рис. 1 представлен кiнетичнi змiни фотоiндуковано! флуоресценцй хлорофiлу листкiв осики - одному iз фiтомелiорантiв девастованих ландшафтiв.
0 4 8 12 16 20 24 28 Т, е Рис. 1. Кнетика фототдукованоХ флуоресценцй хлорофшу листшв осики.
На вставщ - значення тдексу життевост1
В шдукцй флуоресценцй фотосинтезуючих об'екпв функщонально розрiзняють двi компоненти: змiнну флуоресценцiю, яка несе шформащю про функцiонування фотосинтетичного апарату (параметр 1тах) та фонова флуоресценщя, яка вiдображае стан "антенного" хлорофшу (параметр 1еоп80. Вимiрюванiй кiнетицi флуоресценцй хлорофшу властивi перехiднi змiни,
KOTpi вщображають активацiю окремих дiлянок фотосинтетичного апарату. При включенш освiтлення спостеpiгаються фотошдуковаш переходи флу-оресценци хлоpофiлу i шсля 15-20 с, досягнувши максимуму (Imax), наступае свiтловий спад до стацюнарного piвня (I^^). Початкова стадiя фотошдукова-но! флуоресценци вiдобpажае фотохiмiчне вiдновлення первинного акцептора (Qa) електрона фотосистеми II i характеризуеться максимальною штенсив-нiстю квантового виходу випромшювання. На початку освiтлення, в адапто-ваному до темноти об'екл, не вiдбуваеться вiдтоку вiдновлюваних е^вален-тiв з електрон-транспортного ланцюга внаслщок неактивностi Фд: НАДФ+-редуктази, пул електронних емностей на акцептоpнiй сторош фотосистеми I швидко заповнюеться. У результат вiдновлюються всi пеpвиннi акцептори фотосистеми II i флуоресценщя зростае до максимального piвня (Imax). Спад штенсивност флуоресценци до стацiонаpного piвня (Iсonst) обумовлений, в основному, активащею вiдтоку електpонiв вiд Qa, як результат активаци фер-менлв вуглецевого циклу фотосинтезу i функцюнування цього циклу. На це також вказуе низький piвень вмiсту АТФ у листках у ходi !'х св^лово!' адапта-цп [3]. У табл. 2. пpиведенi кiнетичнi параметри фотошдуковано! флуоресценци: Imax, !соп^ та Tf - тpивалiсть переходу електрошв вiд фотосистеми II до фотосистеми I, отримаш при двох вщборах зpазкiв листкiв осики, що росте на териконах шахт м. Червоноград.
Функцюнування фотосинтетичного апарату можна оцшити за характером спаду квантового виходу ФХ, шляхом визначення шдексу життевост - Rfd [4]. Цей параметр фотосинтетично!' активностi визначаеться сшввщношенням:
Rfd = Fd/Iconst,
де Fd = Imax - Iconst - зниження флуоресценци хлоpофiлу вщ максимального значення до стацiонаpного piвня, внаслiдок активаци феpментiв вуглецевого циклу фотосинтезу. На пiдставi вимipювань кшетики флуоресценци хлорофь лу in vivo визначено шдекс життевостi рослин (Rfd), значення якого пpиведенi у табл. 2. Фжсоване збiльшення значень шдексу життевост вiдобpажае шд-вищення потенщально!' активностi фотосинтетичного апарату рослин i узгод-жуеться з даними [4]. Поpiвняльний аналiз флуоресцентних паpаметpiв свщ-чить про активiзуючий вплив Бю-натури на фотосинтетичнi перетворення.
Для оцшки достовipностi даних, отриманих при проведенш вимipю-вань вмiсту пiгментiв у рослинних тканинах та флуоресцентних паpаметpiв життедiяльностi рослин пiд впливом Бю-натури, доцiльне використання кри-теpiю t-Стьюдента [5]. Результати обчислень пpиведенi у таблицях 3 i 4.
Табл. 2. Кшетичш параметри фототдукованоИ флуоресценци хлорофту
листшв осики
Зразок Imax J-const Tf Rfd ^Md сер.
Контроль 4,3 3,4 28,5 0,26 0.27
4,4 3,5 28,7 0,25
6,5 5,0 27,3 0,30
Бю-натура 6,5 3,7 25,5 0,76 0.68
6,0 3,8 24,8 0,57
9,4 5,5 31,3 0,71
Зпдно [5], при значеннi 1 > 3, рiзниця мiж середнiми значеннями величин вважаеться достовiрною. Низьке значення показника 1 при аналiзi досто-вiрностi визначення вмiсту тгменпв, можна пояснити малою вибiркою дос-лiджуваних зразюв. Крiм того, дослщження доцiльно проводити протягом всь-ого вегетацшного перiоду, для усунення похибок, внесених особливостями стадш онтогенетичного розвитку рослин. Врахування морфогенетичних аспекта фотосинтезу необхiдне при кiлькiсному та яюсному аналiзi фiзiологiчного стану оргашзму. Також, на достовiрнiсть отриманих результат iстотно впли-вае селективнiсть впливу фолiарного мiкроелементного живлення у поруше-них грунтових умовах мiсцезростання. Разом з тим, ощнка точностi вимiрю-вань флуоресцентних параметрiв, згiдно показника 1 (табл. 4.), вказуе на ютот-ний вплив Бю-натури на потенщальну активнiсть фотосинтетичного апарату.
Табл. 3. Статистичт критери оцтки визначення вм^ту пiгментiв _у листках осики_
Зразок В1дб1р Хлорофш "а"±шс 1 Хлорофш "Ь"±тс 1 Каротиновди "с"±тс Т
Контроль 1 7 97^0,015 3,41 10,07±0,52 3,22 3,42±0'44 3,05
Бю-натура 8,92±0'28 12,26±0'44 4,01±°'0/
Табл. 4. Статистичш критери оцтки визначення тдексу _життeвостi (Я^ осики_
Зразок В1дб1р о гЧй сер. 5 тс Т
2 3 4 5 6 7
Контроль 1 0.27 0.026 0.015 6.95
Бю-натура 0.68 0.098 0.057
У робот шдтверджено ефектившсть дiагностики методом фотошду-ковано! флуоресценцй хлорофiлу життевост рослин, оскiльки тестуеться по-тенщальна активнiсть фотосинтетичного апарату без порушення нативностi об'екту. На пiдставi комплексного аналiзу параметрiв, котрi характеризують функцюнальний стан рослин, показано що використання БЮ-НАТУРИ -достатньо ефективний заЫб шдвищення фiзiологiчноl активностi рослин в умовах екстенсивно! та штенсивно! фггомелюрацп урбанiзованих територiй.
Л1тература
1. Илькун Г.М. Загрязнители атмосферы и растения. К.: Наука,1978.
2. Малый практикум по физиологии растений: Под ред.Гусева М.В. - М.: Изд-во МГУ.1982.
3. Карапетян Н.В., Бухов Н.Г. Переменная флуоресценция как показатель физиологического состояния растений// Физиология растений. 1986. Т.33. Вып.5. - С. 1013.
4. Мокрий В.1., Степанюк Н.Л., Панк1вський В.1. До питання вивчення флуоресцентних властивостей листкового апрату дерев в урбогенному середовищ1// Урбатзоване навколишне середовище: охорона природи та здоров'я людини. К.: 1996. - С. 149.
5. Калшш М.1., Елисеев В.В. Бюметр1я. Микола!в: В-во МФ НаУКМ, 2000.
6. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы у почвах и растениях. - М.: Мир,1989.
7. Карнаухов В.И., Керженцев А.С., Яшин В.А. Люминисцентный метод биоиндикации состояния екосистем. Пущино:1982.
3. Фiтомелiорацiя
307
