CC BY
55
УДК 582.951.64: 615.322
А.В. Кудряшов
студент, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»
А.Е. Пищик
студент, ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия»
Н.Ф. Гусев д-р биол. наук, доцент,
ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет»
О.Н. Немерешина
канд. биол. наук, доцент, ГБОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия»
ИНДУКЦИЯ СИНТЕЗА НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ РАСТЕНИЯМИ ACHILLEA MILLEFOLIUM L. В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Аннотация. В статье содержатся сведения о способах защиты травянистых растений от свободных радикалов в условиях влияния газохимической промышленности. Авторы изучили влияние загрязненного воздуха на содержание антиоксиоксидантов: флавоноидов, танидов, аскорбиновой кислоты.
Ключевые слова: фотоокислительный стресс, свободные радикалы, загрязнение среды, антиоксиданты, флавоноиды, таниды, аскорбиновая кислота.
A.V. Kudryashov, student, Orenburg State Agrarian University
A.E. Pishchik, student, Orenburg State Medical Academy
N.F. Gusev, Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Orenburg State Agrarian University
O.N. Nemereshina, Ph.D., Associate Professor, Orenburg State Medical Academy
INDUCTION OF SYNTHESIS OF LOW PLANT ANTIOXIDANTS ACHILLEA MILLEFOLIUM L. IN
CONDITIONS OF TECHNOGENIC POLLUTION
Abstract. This article contains information about how to protect grasses from free radicals under the influence of gas and chemical industries. The authors studied the effects of air pollution on the content antioxidants substances: flavonoids, tannin and ascorbic acid.
Keywords: photooxidative stress, free radicals, pollution, antioxidants, flavonoids, tannin, ascorbic acid.
Одной из распространенных причин повреждения и гибели растительных клеток является высокий уровень окислительного стресса, что проявляется на морфологическом уровне некротическими изменениями в тканях растений [2, 5, 7]. Большинство исследований в области окислительного стресса, посвящено изучению животных объектов. Это связано с тем, что активные формы кислорода (АФК) в клетках животных участвуют в процессах фагоцитоза, бактерицидных эффектах, различных видах патогенеза при ишемии, лучевом поражении, катаракте, воспалительных процессах и многих других болезнях. АФК принимают участие в механизмах программируемой смерти клетки различных организмов [4]. У растений же этой проблеме до недавнего времени уделялось недостаточное внимание, хотя роль АФК в их мембранных структурах очень велика [3].
АФК представляют собой свободнорадикальные частицы (супероксидный анион-радикал, перекисные радикалы, гидроксильный радикал) или нейтральные молекулы (пероксид водорода и синглетный кислород), образующиеся под действием многих токсических веществ, видимого света, ионизирующего, ультрафиолетового излучений. Эта проблема особенно интересна в приложении к растениям, так как, ассимилирующие органы, осуществляя процесс фотосинтеза, подвергаются воздействию представляющего опасность светового излучения и существуют при высоких концентрациях молекулярного кислорода, выделяя его в результате фотоокисления воды в хлоропла-стах. Благодаря этому у растений в ходе эволюции сформировалась эффективная система защиты от свободных радикалов [2, 6, 8]. Изучение компонентов антиокислительной защиты клеток в настоящее время является одним из важных вопросов современной биологии и экологии.
Даже при высоко эффективных системах антиоксидантной защиты интенсификация окислительных процессов в клетках растений под действием интенсивного светового излучения (особенно УФ-радиации) и в присутствии фитотоксичных веществ-загрязнителей атмосферы может спровоцировать так называемую фотоокислительную смерть, что в условиях степного Предуралья можно наблюдать летом, когда (особенно при недостатке влаги) растительность «выгорает». В техногенных зонах значительно чаще наблюдаются повреждения растительности (хлорозы, некрозы, падение тургора, завя-дание и раннее опадание листьев, задержка развития и отмирание почек и др.) [3, 4, 6].
Самый значительный вклад в загрязнение атмосферы Оренбургского района вносит Оренбургский газоперерабатывающий завод (ООО «Газпром добыча Оренбург» - ОГПЗ), который является предприятием первой категории опасности и предназначен для очистки и переработки природного газа и нестабилизированных жидких углеводородов (нестабильный газовый конденсат и нефть), получения газа сжиженного, стабильного конденсата, серы газовой и одоранта (меркаптаны). Размер санитарно-защитной зоны для ОГПЗ определен на расстоянии 5 км от крайних источников выбросов. Под объекты ОГПЗ используется 633 га земель. В составе атмосферных выбросов ОГПЗ содержатся сероводород, диоксид серы, нитрозные газы, оксид углерода, углеводороды метанового ряда, пыль цеолитовая, пыль металлическая, пыль серная, сажа, бенз(а)пирен, меркаптаны, метанол, пыль катализатора (оксид алюминия), марганец и его соединения, фтористый водород, ванадия пятиокись и другие примеси.
Продукты горения углеводородов и другие загрязняющие атмосферу вещества, попадая в растения, усиливают образование свободных радикалов. Например, диоксид серы в хлоропластах способствует образованию серосодержащих свободных радикалов (БО^, Б^, НБ^). При фотохимическом окислении углеводородов образуется пе-роксиацетилнитрат (ПАН), повреждающий ткани молодых листьев [6]. Таким образом, можно предположить, что виды с пониженным уровнем антиокислительной защиты в условиях атмосферного загрязнения имеют невысокую жизненность в результате окислительных повреждений мембран и постепенно вытесняются из фитоценозов более экоустойчивыми видами.
Растения обладают способностью индуцировать активность антиоксидантных систем в неблагоприятных условиях [1, 3, 7], что и определило направление наших исследований. Наиболее удобными для непосредственного изучения нам представля-
ются ассимилирующие органы (стебли и листья) растений, произрастающих в условиях атмосферного загрязнения. Указанные органы непосредственно отвечают за газообмен, тогда как взаимосвязь изменений корневой системы растений с загрязнением атмосферы просматривается не столь явно.
Для понимания механизмов экоустойчивости растений к загрязнению среды обитания нами был проведен анализ содержания веществ-антиоксидантов в надземной части (трава) тысячелистника обыкновенного Achillea millefolium L. (сем. Asteraceae Dumort.), собранного в зоне действующих установок ОГПЗ, в санитарно-защитной зоне и в контроле. Анализ был проведен на основные группы полифенольных соединений, способных проявлять антиокислительную активность: полифенольных соединений (флавоноидов, дубильных веществ) и аскорбиновой кислоты (табл. 1).
Приведенные в таблице 1 экспериментальные данные свидетельствуют о повышенном содержании флавоноидов, танидов и аскорбата в растениях тысячелистника обыкновенного, произрастающего в условиях промышленного атмосферного загрязнения. Указанные биологически активные вещества обладают выраженными антиокислительными свойствами и являются частью неферментативного звена системы защиты растений от окислительного стресса.
Таблица 1 - Сводные данные по содержанию флавоноидов в траве Achillea millefolium L. (мг % сухого сырья)
Дата и место сбора сырья ОГПЗ Санитарная зона ОГПЗ Контроль
Флавоноиды 2008 г. 4,15±0,07 4,42±0,09 3,54±0,05
2009 г. 4,16±0,06 4,44±0,07 3,43±0,03
Дубильные вещества 2009 г. 6,11 ±0,04 6,22±0,04 5,01±0,03
Аскорбиновая кислота 2009 г. 5,1±0,02 5,5±0,04 3,3±0,02
Механизм антиокислительного действия аскорбиновой кислоты достаточно хорошо изучен в настоящее время [1, 3, 5]:
НО-аск-ОН + Р-С ^ НО-аск-О^ + Р-СН
НО - Аск - О^ + О-БН ^ НО - аск - ОН + О-Б^
О-Б^ + •Б-О ^ О-Б-Б-О
О-Б-Б-О + 2 НАДФН^Н+ ^ 2 О-БН + 2 НАДФ+
Флавоноиды и таниды относятся к группе фенольных соединений способных тормозить цепное окисление липидов и других биологических субстратов: Р1-1ОН + ^ ^ Р1-О^ + РООН
При окислении фенолят-иона образуется феноксильный радикал, который в дальнейшем может претерпевать димеризацию с образованием связей углерод-углерод или углерод-кислород или обезвреживаться глутатионпероксидазой [7].
Таким образом, исходя из химической структуры и свойств полифенольных соединений и аскорбиновой кислоты, можно предположить, что индукция их синтеза в
растениях техногенных зон связана с антиоксидантным (мембраностабилизирующим, цитозащитным) действием указанных соединений.
Выводы.
1. Анализ биологически активных веществ, содержащихся в траве (надземных органах) Achillea millefolium L. выявил содержание в этих растениях полифенольных соединений (флавоноидов, танидов) и витамина С.
2. Проведенные исследования позволили установить изменение метаболических процессов в тканях A. millefolium L., произрастающих в техногенной зоне, в направлении индукции синтеза компонентов неферментативного звена антиокислительной защиты высших растений (флавоноидов, танидов и аскорбата).
3. Индукция синтеза полифенольных соединений и аскорбиновой кислоты предположительно является одним из механизмов адаптации растений и повышения экологической устойчивости вида в условиях техногенного загрязнения.
Список литературы:
1. Гусев Н.Ф. О некоторых аспектах рационального использования лекарственных растений Предуралья. / Н.Ф. Гусев, О.Н. Немерешина // Оренбург. Известия ОГАУ, 2009 - № 2(22). - С. 308-311.
2. Мерзляк М.Н. Активированный кислород и окислительные процессы в мембранах растительной клетки. // Итоги науки и техники. Сер. Физиология растений. М.: ВИНИТИ. - 1989. - Т.6. С.1-168.
3. Немерешина О.Н. К вопросу изучения антиоксилительной защиты высших растений в условиях влияния атмосферных выбросов предприятий Газпрома. / О.Н. Немерешина, Н.Ф. Гусев // Известия ОГАУ 2(30) Оренбург. - 2011. - С. 218-224.
4. Немерешина О.Н. К вопросу активизации клеточной защиты растений под влиянием выбросов предприятий Газпрома./ О.Н. Немерешина, Н.Ф. Гусев, М.С. Кар-пюк // Проблемы анализа риска. Т.8(4) Москва. - 2011. - С. 36-46.
5. Немерешина О.Н. Влияние атмосферных выбросов предприятий ГАЗПРОМа на содержание антиоксидантов в траве Linaria vulgaris Mill. степного Предуралья. / О.Н. Немерешина, Н.Ф. Гусев // В мире научный открытий №9.1 (21) Красноярск. - 2011. -С. 418-434.
6. Sroka Z., Fecka I., Cisowski W. Antiradical and anti-H2O2 properties of polyphenols compounds from an aqueous peppermint extract // Z. Naturforsch. 2005. Vol. 60, No. 11-12. P. 826-832.
7. Thomashov M.F. Free Radicals, xidative Stress and Antioxidants / M.F. Thomashov // Plant cold acclimation: freezing tolerance genes and regulatory mechanisms. 1999. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 50. P. 571-591.
8. Vinson Joe A. Plant Flavonoids, Especially Tea Flavonols, Are Powerful Antioxidants Using an in Vitro Oxidation Model for Heart Disease / Joe A. Vinson, Yousef A. Dab-bagh, Mamdouh M. Serry, Jinhee Jang J. Agric. // Food Chem., 1995, 43 (11). P. 28002802.
List of references:
1. Gusev N.F. Some aspects of rational use of medicinal plants of the Ural. / N.F. Gusev, O. N. Nemereshina // Orenburg. Proceedings of Gray, 2009 - № 2 (22). - S. 308-311.
2. Merzlyakov M.N. Activated oxygen and oxidative processes in the membranes of plant cells. / / Results of science and technology. Ser. Plant Physiology. VINITI. - 1989. - T.6. C.1-168.
3. Nemereshina O.N. On learning antioksilitelnoy protect higher plants under the influence of atmospheric emissions of Gazprom. / O. N. Nemereshina, N.F. Gusev // Proceedings of the Gray 2 (30) Orenburg. - 2011. - S. 218-224.
4. Nemereshina O.N. On activation of cellular defense of plants under the influence of emissions from the enterprises of Gazprom. / O. N. Nemereshina, N.F. Gusev, . .Karpyuk // Problems of risk analysis. V.8 (4) Moscow. - 2011. - S. 36-46.
5. Nemereshina O.N. The influence of atmospheric emissions of Gazprom on the content of antioxidants in the grass Linaria vulgaris Mill. Urals steppe. / O.N. Nemereshina, N.F. Gusev / / In the world of scientific discovery № 9.1 (21), Krasnoyarsk. - 2011. - S. 418-434.
6. Sroka Z., Fecka I., Cisowski W. Antiradical and anti-H2O2 properties of polyphenolic compounds from an aqueous peppermint extract // Z. Naturforsch. 2005. Vol. 60, No. 11-12. P. 826-832.
7. Thomashov M.F. Free Radicals, xidative Stress and Antioxidants / M.F. Thomashov // Plant cold acclimation: freezing tolerance genes and regulatory mechanisms. 1999. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 50. P. 571-591.
8. Vinson Joe A. Plant Flavonoids, Especially Tea Flavonols, Are Powerful Antioxidants Using an in Vitro Oxidation Model for Heart Disease / Joe A. Vinson, Yousef A. Dabbagh, Mamdouh M. Serry, Jinhee Jang J. Agric. // Food Chem., 1995, 43 (11). P. 2800-2802.
А.Б. Андросик
канд. техн. наук, доцент, ГОУ ВПО «Московский государственный открытый
университет имени В. С. Черномырдина»
С.А. Воробьев
канд. техн. наук, доцент, ГОУ ВПО «Московский государственный открытый
университет имени В.С. Черномырдина»
С.Д. Мировицкая
канд. техн. наук, доцент, ГОУ ВПО «Московский государственный открытый
университет имени В.С. Черномырдина»
АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ ТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
Аннотация. Рассмотрены основные типы оптических волокон, используемых в системах оптической связи и передачи информации. Особое внимание уделено одномодовым структурам с различными типами дисперсии и поляризации.
Ключевые слова: волновод, волоконный световод, сердцевина, дисперсия, микроструктурированные волокна, поляризация, двулучепреломление.
A.B.Androsik, Мoscow state open university of a name of V.S.Tchernomyrdin
S.A. Vorobjev, Мoscow state open university of a name of V.S.Tchernomyrdin
S.D.Mirovitskaja, Мoscow state open university of a name of V.S.Tchernomyrdin
ANALYSIS OF MAIN TIPES OF OPTICAL WAVEGUIDES
Abstract. The basic types of the optical fibers used in systems of optical communication and information transfer are considered. The special attention is given oflHOMOflOBbiM to structures with various types of a dispersion and polarization.
Keywords: waveguide, a fiber optical path, a core, a dispersion, the microstructured fibers, polarization, two-refraction.
