ФВІОЛОГО-БІОХІМІЧШ ХАРАКТЕРИСТИКИ БІЛКОВОГО ТА ЛІПІДНОГО ОБМІНІВ НАСІННЯ КЛЕНА ТА КАШТАНА З РІЗНИХ ДІЛЯНОК ТЕХНОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ м. ДНІПРОПЕТРОВСЬКА Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 581.52 + 581.1 + 632.15

I. О. Фшошк, Л. Ф. Заморуева

Дмпропетровський нацюнальний ушверситет

ФВЮЛОГО-БЮХ1М1ЧШ ХАРАКТЕРИСТИКИ Б1ЛКОВОГО ТА Л1П1ДНОГО ОБМ1НШ НАС1ННЯ КЛЕНА ТА КАШТАНА 3 Р13НИХ Д1ЛЯНОК ТЕХНОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ м. ДН1ПРОПЕТРОВСБКА

Дослщжено показники бокового та лЫдного обмМв - вмкт 6mkîb, актившсть лшаз, pi-вень лш1Д1в та ïx склад, компонентний склад вмьннх жирних кислот у naciiiHi клена та каштана з рпних д1лянок техногенного забруднення м. Дшпропетровська. Виявлеж показники, ям мо-жуть використовуватись як бшмаркери антропогенного забруднення у промисловому perioHi.

The indexes of protein and lipid exchanges - the content of proteins, lipase activity, level of lipids and their composition, component composition of free fatty acids in the maple and chestnut seeds from several sites of Dnepropetrovsk technical pollution were investigated. The revealed figures can be used as biomarkers of anthropogenic pollution in industrial region.

PieeHb антропогенного забруднення в останнш час в Дншропетровському peri-ohî та шших промислових районах Укра'ши досяг великих масштаб1в. Поблизу промислових падприемств та автомапстралей перюдично утворюються висок! кон-центрацп токсичних сполук, що призводить до комплексного забруднення атмо-сфери, поверхневих та грунтових вод, попршення ф1зико-х1м1чних властивостей грунтов, наносить вагому шкоду природним рослинним екосистемам та штучним насадженням [1]. Рослинш оргашзми шд впливом постшноУ дп забруднюючих ре-човин е штегральними показниками стану навколишнього середовища, вщбиваючи ïï екстремальш характеристики. Але функциональна д!агностика стану рослин при забрудненш довкшля зараз практично вщсутня. Ïï розробка необхщна для викори-стання ф1зюлого-бюх1м1чних критерпв з метою ощнки стшкосп рослин як для техногенноУ штродукцп вид1в, так i для ф1то1ндикацп стану середовища. Тому робота, направлен! на вирппення u,ieï важливоУ проблеми. е актуальними i необхщни-ми.

Вивчали сорбцшн! зд1бност1 23 деревних порщ по накопиченню важких мета-л1в в умовах мюьких техногенних навантажень [9]. Виявлено, що виб!рковшть в ïx накопиченш окремими деревними видами обумовлена ïx генотитчними властиво-стями. Максимальний сорбцшний ефект до цього роду забруднювач1в вщм1чено у наступних вщив: черемхи Маака, Tonojii корейсько'1, осики, клена др1бнолистого та прир1чкового. Каштан пос1вний був бшьш стшким за imiii л1сов1 види до забруднення аркою [10]. BiH показав крапп результата на грунтах середнього грануломе-тричного складу, але на глинистих грунтах його picT був пом1рним. Вщмлчено ви-сокий BMicT cipKH в його листях на Bcix дшянках. Виявлено, що клен яв1р, тополь канадський проявляють високу стшюсть до вихлопних газ1в, в той час, як клен го-стролистий та каштан юнський звичайний дуже чутлив1 до ïx дп [5]. Знайдено та-кож, що пошкоджуваш вихлопними газами автотранспорту особини клена явора та клена гостролистого вщр1зняються вщ непошкоджуваних комплексним складом фермента! пероксидази та супероксиддисмутази листкових зачатюв [5]. Показано також, що шдвищення накопичення важких метал ¡в р1зними органами аянщв дуба черешчатого та каштана кшського звичайного викликае тдвшцення вмнлу вшьних

© «PiiiOHiK I. O., 3aMopyeBa JI. 2005

BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro yHiBepcHTeTy. Bionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

амшокислот у листях та коренях обох вщцв. Однак у менш стшкого каштана кшсь-кого пщвищення вм1сту вшьних амшокислот е бшьш суттеве. Показано також, що в листях каштана кшського пщ впливом арчаного газу cnocxepiranocb пригшчен-ня бюсинтезу бтка, а у стшкого дуба - навпаки, активащя його бюсинтезу. Bwmí-чено активащю пдролггичних ферменпв у листях берези повисло!" та гледичй' зви-чайноУ пщ впливом eMicií промислових пщприемств, що може призводити до руй-нування клггинних ctíhok у рослин [6]. Виявлено також, що у нестшкого клена гос-тролистого в умовах промплощадок kokcoxímíhhhx пщприемств пошкодження лис-тя некрозом може досягати 30-40%. Отже, рослини використовують pÍ3HÍ мехашз-ми для адаптацп в умовах антропогенного навантаження при дй' полютанив, яю необхщно дослщжувати, щоб зменшити ртень порушень. Перспективним при ви-вченн1 неспециф1чних мехатзм1в адаптащУ деревних культур до ди техногенного забруднення е досл1дження поферментних систем, а також ix 3MÍH в умовах дп промислових токсикаштв, що досить глибоко вивчалось у насшш сосни звичайно'У по таких ферментах, як пероксидаза, пол1фенолоксидаза, каталаза, глутаматдегщ-рогеназа, лейцинам1нопептидаза, алкогольдегщрогеназа, малатдегщрогеназа, малк-ензим, д1афораза, супероксиддисмутаза, де були виявлеш не титьки адаптацшш 3MÍHH, але й генегичш порушення, викликаш антропогенним тиском.

Метою даноУ роботи було вивчення показниив бшкового та лшвдного обмш!в у насшш клена гостролистого та каштана кшського з р1зних промплощадок та ав-томапстралей м. Дшпропетровська для виявлення бюмаркер1в техногенного забруднення.

Biflöip зразк1в проводили у жовтш 2003 р. поблизу промислових пщприемств (шинний завод, завод npeciß) та транспортних мапстралей (район р1чкового порту) м. Дшпропетровська. Bmíct 6úikíb визначали за методом Бредфорд [7], питому актившсть протеолкичних ферменпв (pH 7,7) - за [11], актившсть ÍHri6ÍTopÍB трипсину та х1мотрипсину - за [2]. Загальш лшщи Í3 насшня видшяли за методом [4], фракцшний склад лшщв визначали тонкошаровою хроматограф1ею (ТШХ) на пластинках Silufoi (Чеххя) з кшькюним денситометруванням на денситометр! ДО-4М плсля проявления фракцш у парах йоду [8]. Компонентний склад ВЖК було визна-чено шсля ix метилювання методом газорщинно'У хроматографií (ГРХ) на хроматограф! Chrom-5 (4exia) [8]. Результата експеримештв були оброблеш статистично [3], повторнють дослщ!в 3-5-кратна.

Знайдено редукщю вмюту легкорозчинних бшюв на 7-31% у насшш каштана з району найбшьш забрудненоУ дшянки шинного заводу та шдвшцення вмюту 6íji-kíb у насшш каштана з забруднених зон бшя заводу npeciß та району р1чпорту, та у клена гостролистого - з ycix техногенних зон (табл. 1). У HaciHHi каштана, вдабра-иого бшя заводу npeciß та ргчкового порту, bmíct б1лк1в пщвищувався, як адаптивна реакщя цих деревних культур на Д1Ю антропогенного тиску, що могло свщчити про не дуже високий р!вень забруднення, пор1вняно з дшянкою бшя шинного заводу. При цьому актившсть нейтральних проте'шаз у бьчьшосп Bapiam jB ¡з забруднених дшянок пщвищувалась - як в HaciHHi клена, так i каштана; що корелювало з акти-ващею гщролаз у листях деревних рослин при дп промислових токсиканпв за лгге-ратурними даними [6]. Актившсть ÍHri6iTopÍB проте'шаз при цьому була знижена на 17-83% у бшьшосп BapiamÍB насшня деревних рослин з техногенних зон, що могло свщчити про адаптивш процеси до дп техногенного забруднення у обох деревних иорщ та зниження Ух захисного потенщалу. KpiM цього, зниження BMiciy быка та активащя проте'шаз, в бшышй Mipi в HaciHHi клена гостролистого, могли свщчити про посилення пдролггичних npouecie розщеплення 6üikíb у HaciHHi обох деревних

272 Вюник Дтпропетровського унiверситету. Бiологiя, еколопя.

Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seriä Biologiä, ekologiä Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology.

Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol.

2005. 13(1).

ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

порщ пщ впливом техногенного забруднення, а також тенденцн до редующ бюсин-тезу бшклв. Виявлено також зниження вмюту вшьних амшокислот на 14-45% у насшш клена та каштана при техногенному забрудненш, що може бути обумовленим як за-тримкою IX б1осинтезу, так 1 комплексоутворенням з важкими металами, що може у свою черту свщчити про досить висою р1вн1 техногенного навантаження на дослщних дшянках м. Дшпропетровська (табл. 2).

Таблиця 1

Вмкт водорозчинних б1люв, питома актившсть протеКназ та шпбпгор1в проте'шаз у насжж клена та каштана в умовах техногенного забруднення м. Дшпропетровська

Зразок, район вщбору Bmíct бшка Протеол1тична актившсть Актившсть ¡Hri6ÍTopÍB трипсину xiMOTpHIICHHV

мг/г наваж-ки % в1д контролю в1дн-0д г б. хв % вщ контролю мг/г нава-жки % вщ контролю мг/г наваж-ки %вщ контролю

Насшня клена гостролистого, - боташчний сад, контроль 8,4* 100 0,4 100 117,1 100 54,1 100

- шинний завод 5,8 69 0,86 215 80,6 69 39,1 72

- завод преав 7,8 93 0,438 110 121,0 102 44,8 83

- р1чпорт 6,0 71,4 3,33 750 112,7 96 80,4 147

Насшня каштана кшського. - боташчний сад, контроль 8,2 100 8,53 100 68,4 100 4,15 100

- шинний завод 6,3 77 8,99 105 52,4 76 0,7 17

- завод преав 14,4 175 10,41 122 41,6 61,4 3,945 93

- р1чпорт 14,0 170 13,09 153 40,0 58,5 0 51

Примака: похибка виб1рки не перевищуе 5% в1д середшх значень

Таблиця 2

Актившсть лшаз та bmict В1льних амшокислот у зразках клена та каштана, з1браних з промислових дмянок м. Дшпропетровська

Зразок, район вщбору Актившсть лшази, вщн.одЛОО г наважки годину Bmíct вьчьних амшокислот

кисла лужна сумарна % вщ контролю мг/100 г наважки % вад контролю

Насшня клена гостролистого, - боташчний сад, контроль 20,8* 16,6 37,4 100 6,3 100

- шинний завод 16,6 12,5 29,1 78 5,04 80

- завод преств 14,6 8,3 22,9 61 4,37 69

- р1чпорт 14,6 11,7 26,3 72 5,0 79

Насшня каштана юнського, - боташчний сад, контроль 18,7 23 41,7 100 8,55 100

- шинний завод 10,4 20 30,1 72 7,33 86

- завод преспв 10,4 18,2 28,6 69 5,95 70

- р1чпорт 10,4 18,3 28,7 69 4,7 55

Примггка: похибка виб!рки не перевищуе 5% вщ середшх значень

Актившсть фермегтв лшщного обмшу л ¡паз була пригшченою як у насшш каштана, так I клена гостролистого з техногенних зон (табл. 2). Вмют загальних ль пшв при цьому пщвищувався в насшш обох деревних порщ з техногенних зон (табл. 3), що корелювало з пригшченням активное^ фермештв лшщного обмшу 1

BicHUK ^mnponeTpoBctKoro ymBepcHTeTy. Eionorn, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

свщчило про адаптивш процеси у деревних рослин при дп техногенного наванта-ження. При цьому, якщо у клена вмют вшьних жирних кислот було понижено при техногенному забрудненш, то в насшш каштана Ух вмют був на piBHi контролю i навпъ дещо пщвшцений (р1чпорт) (табл. 4). По складу ВЖК в1ДМ1чено суттеве шд-вищення вмюту оле'Уново'У кислоти Cis:i У HaciHHi каштана з техногенних зон (у 1,52 рази), тод1 як у клена 'ix вмют було редуковано, i бшьш суттево - у Bapiamri з pi4-порту (табл. 5). Пщвищення р1вня ненасичених жирних кислот свщчило про акти-ващю вшьнорадикальних процеЫв при адаптацп чутливо'У деревно'У породи каштана до дп техногенного пресу

Таблиця 3

BMicT загальних лшщю у HaciHHi клена та каштана з рпних техногенних зон

м. Дншропетровська

Зразок, район вщбору Загальш шпщи

% вщ наважки % вщ контролю

Насшня клена гостролистого, - боташчний сад, контроль 2,58 100

- шинний завод 5,90 229

- завод преет 3,83 148

- р1чпорт 2,80 109

Насшня каштана кшського, - боташчний сад, контроль 1,43 100

- шинний завод 2,65 185

- завод прес1в 4,18 292

- р1чпорт 2,78 194

Таблиця 4 Компонентний склад загальних лшцнву HaciHHi клена та каштана, 31браних з р!зних промислових дшянок м. Дншропетровська

Зразок, район вщбору Bmict компоненте загальних лшщ1В, %

L ФЛ ДГ С ВЖК ТГ ЕС

Насшня клена гостролистого, - боташчний сад, контроль 21,83 16,20 17,61 19,01 12,68 12,68

- шинний завод 20,47 16,40 17,79 18,67 12,67 14,0

- завод преав 19,86 17,12 17,81 18,49 12,33 14,38

- р1чпорт 20,94 18,24 18,24 16,21 12,16 14,19

Насшня каштана кшського, - боташчний сад, контроль 22,14 16,43 15.,71 16,43 13,57 15,71

- шинний завод 20,64 17,77 15,11 16,29 14,19 16,00

- завод ирес!В 19,54 17,29 15,03 16,54 15,03 16,54

- р1чпорт 19,84 17,27 16,06 17,28 13,67 15,91

Вивчення фшолого-бюх1м1чних характеристик насшня каштана кшського та клена гостролистого з р1зних д1лянок антропогенного забруднення виявило дещо pi3Hi адаптивш реакцн двох деревних порщ на дш техногенного пресу. По цим по-казникам обидва види - каштан кшський та клен гостролистий - можна вщнести до чутливих, але каштан краще адаптуеться до хрошчно'У д1У промислового забруднення, ймов1рно, за рахунок змш ф[зюлопчних процесгв. У клена гостролистого при дп антропогенного навантаження виявлено бшыпу редукшю вмюту бшка, вшьних амшокислот на окремих дшянках та суми ненасичених жирних кислот, що може свщчити про меншу стшюсть та адаптивш можливосп виду та бшьшу в1рогщнють пригшчення його розвитку при високих дозах техногенного забруднення.

2 74 Вюник Днiпропетровського унiверситету. Бюлопя, еколопя.

Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology.

Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol.

2005. 13(1).

ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

S-

£

J 20,34 27,69 27,22 00 r-" Tt 66,48 45,41 46,51 | 34,81

cJ 79,66 72,31 72,78 52,22 33,52 54,59 53,49 65,19

j KoMnoHeHTH B)KK, % o <N U 2,28 2,24 CJI. 2,02 2,33 2,27 CJI. CJI.

o u r 0,42 0,22 2,76 o en 4,66 2,27 5,94 0,82

o <N u 2,28 4,72 9,00 7,03 18,62 10,19 5,94 4,40

o rJ u 0,28 CJl. 1 CJI. CJI. 1,68 CJI. CJI. CJI.

© rsl u CJI. o 0,50 3,10 0,68 00 T—I o" 3,06

o © fsl u CJl. 0,22 0,74 0,50 2,48 0,92 CJI. 1,22

o ON u (N C.TI. CJI. 0,50 0,93 0,15 CJI. CJI.

© <J (j o a 13,39 12,11 9,55 12,38 10,19

u 79,66 72,31 72,78 52,22 | 33,52 54,59 1 53,49 65,19

o u c: u u 5 0,25 0,16 1,36 0,50 1,02

© <J 13,66 16,14 10,75 18,41 9,78 14,56 19,81 12,22

o u !=i o 0,89 1,47 1,00 0,93 0,61 0,77 0,46

o u y 0,89 u 0,50 3,49 1,64 0,99 0,81

o u u c: o o <=i o R u o e: o K O

© (N u K o 1,35 o 0,67 6,21 1,21 ci o 0,61

3pa30K, pa0OH BiaSopy HaciHHa KJieHa rOCTpOJIHCTOrO, - SoTaHiHHHti can, KOHTpOJlb - UIHHHHH 3aBOfl - 3W0H npeciB o a sr 'a. HaciHHa KaurraHa KiHCbKOTO, - 6oTaHiHHHi4 ca#, KOHTpOJIt - uiHHHHii 3aBOji - 3aB0fl npeciB S. o c '5.

Bichhk ^mnponeTpoBctKoro yHiBepcHTeTy. Eionorn, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua

У щлому виявлена редукщя вмюту б шив, активащя нейтральних проте'шаз та зниження активности iHriôiTopiB проте'шаз могли свщчити про посилення гщролггич-них nponeciB у насшш клена гостролистого та каштана кшського пщ впливом комплексного забруднення на р!зних дшянках м. Дншропетровська (завод npecie, шин-ний завод, р1чпорт). Знайдене пщвшцення вмюту загальних лшцпв у HaciHHi обох деревних порщ з техногенних зон корелювало з пригшченням aiemBHOCTi ферментш лшщного обману - лшаз - при адаптацп до антропогенного тиску. Виявлене шд-вищення р1вня ненасиченост1 жирних кислот у HaciHHi каштана могло свщчити та-кож про активащю вшьнорадикальних npouecie, а зниження ïx р1вня у HaciHHi клена гостролистого вщбивало дещо pi3Hy реакщю двох деревних порщ на д1ю техногенного пресу. Визначеш характерн1 змши ф1зюлого-бюх1м1чних показниюв бшково-го, амшокислотного та лiпiднoгo обмЫв у HaciHHi деревних рослин при дй" техногенного навантаження можна, напевно, нaдaлi використовувати в якост! б1омарке-pie антропогенного забруднення середовища у промисловому perioHi.

Б^бл^ографтш посилання

1. Бессонова В. П. Цитофизиологические эффекты воздействия тяжелых металлов на рост и развитие растений. - Запорожье: ЗГУ, 1999.

2. Винниченко А. Н. Влияние гена опейк-2 на активность ингибиторов протеиназ из зерна кукурузы / А. Н. Винниченко, И. А. Филоник, В. С. Бильчук, В. В. Мосолов // Физиология и биохимия культурных растений. - 1988. - Т. 20, № 5. - С. 493-497.

3. Доспехов Б. А. Методика полевого опыта. - М., 1985.

4. Кейтс М. Техника липидологии. - М.: Мир, 1975.

5. Коршиков И. И. Взаимодействие растений с техногенно загрязненной средой. - К.: На-укова думка, 1995.

6. Коршиков И. И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной среды. - К.: Наукова думка, 1996.

7. Практикум по биохимии // Под ред. С. Е. Северина. - М., 1989.

8. Фшошк I. О. Вплив важких мета.гпв на склад та метабсь'пзм лшццв у зерш кукурудзи пбриду Дншровський 310 на раншх етапах розвитку / I. О. Фшошк, В. М. Глубока, JI. Ф. Заморуева, О. М. Винниченко // Вкник Дншропетр. ун-ту. Бюлога. Еколог)я. 2000. - Вип. 8. - Т. 2. - С. 49-55.

9. Шихова Н. С. Аккумуляция тяжелых металлов древесными породами в условиях интенсивного техногенеза // Лесоведение. - 1997. - № 5. - С. 32-44.

10. Bolea Valentin, Chira Devz // Forest Shav. and Landscage Res. - 2001. - Vol. 76. - № 3. -C. 420-424.

11. Fujimaki M., Arai S. Dégradation of zeins during germination of corn // Agric. Biol. Chem. -1977.-Vol. 41.-№ 5.-P. 887-892.

Надтшла до редколеги 14.02.05

BicHHK ^HinponeTpoBCLKoro yHiBepcmeTy. Eionoria, eKonoria. Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria Biologia, ekologia Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology, ecology. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol. 2005. 13(1). ISSN 2310-0842 print ISSN 2312-301X online www.ecology.dp.ua