CC BY
50
-fi>
УДК 581.1:502.521
Ольга Микола1вна Зубровська, Вiталiй Миколайович Гришко ЗМ1НИ СКЛАДУ ПОВЕРХНЕВИХ Л1ШД1В КУТИКУЛИ POPULUSITALICA ТА BETULA PENDULA В УМОВАХ ЗАБРУДНЕННЯ
Kpueopi3bKuü ботатчний сад Нащональног академГг наук Украгни вул. Маршака, 50, м. Кривий Piz, 50089, Украгна e-mail: piskovajaolga@rambler.ru
Досл1джували вплив забруднення важкими металами на ф1зюлого-б1ох1м1чн1 змши у листках Populus italica (Du Roi) Moench i Betula pendula Roth. Встановлено, що на р1зних етапах морфогенезу листка концентратором переважно'1 бiльшостi токсикантiв виявилася P. italica. При цьому, рiвень цинку в 11 листках був максимальним серед дослЦжуваних важких металiв. Натомiсть B. pendula в сво1х асимыяцшних органах найбыьше акумулювала кадмш, вмiст якого був у 2 рази вищим, порiвняно з P. italica. Забруднення важкими металами викликало пЦвищення штенсифшацп процесiв ПОЛ у листках B. pendula майже в 3 рази, тодi як в асимыяцшних органах P. italica - лише до 50%. З'ясовано, що в промислових умовах у складi поверхневих лш^ддв кутикули листюв B. pendula з'являлися стерини i в1льш жирнi кислоти, а у листках P. italica зростав вмiст фосфолш^ддв i диглiцеридiв, тодi як триглщериди не iдентифiкувались.
Ключовi слова: Populus italica, Betula pendula, важк метали, ТБК-активш сполуки, поверхневi лтди, кутикула
Ольга Николаевна Зубровская, Виталий Николаевич Гришко ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ПОВЕРХНОСТНЫХ ЛИПИДОВ КУТИКУЛЫ POPULUS ITALICA И BETULA PENDULA В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
Криворожский ботанический сад Национальной академии наук Украины ул. Маршака, 50, z. Кривой Рог, 50089, Украина e-mail: piskovajaolga@rambler.ru
Исследовали влияние загрязнения тяжелыми металлами на физиолого-биохимические изменения в листьях Populus italica (Du Roi) Moench и Betula pendula Roth. Установлено, что на разных этапах морфогенеза листа концентратором подавляющего большинства токсикантов оказался P. italica. При этом уровень цинка в его листьях был максимальным среди исследуемых тяжелых металлов. B. pendula в своих ассимиляционных органах больше всего аккумулировала кадмий, содержание которого было в 2 раза выше, по сравнению с P. italica. Загрязнение тяжелыми металлами вызывало повышение интенсивности процессов ПОЛ в листьях B. pendula почти в 3 раза, тогда как в ассимиляционных органах P. italica - лишь до 50%. Кроме того, установлено, что в промышленных условиях в составе поверхностных липидов кутикулы листьев B. pendula появлялись стерины и свободные жирные кислоты, в листьях P. italica возрастало содержание фосфолипидов и диглицеридов, а триглицериды не идентифицировались.
Ключевые слова: Populus italica, Betula pendula, тяжелые металлы, ТБК-активные соединения, поверхностные липиды, кутикула
O. M. Zubrovskaya, V. M. Gryshko CHANGES OF CUTICLE SURFACE LIPIDS OF POPULUS ITALICA AND BETULA
PENDULA CAUSED BY POLLUTION
Kryvyi Rig Botanic Garden, National Academy of Sciences of Ukraine Marshak St.50, Kryvyi Rig, 50089, Ukraine e-mail: piskovajaolga@rambler.ru
Arboreal plants intensively accumulate heavy metals, resulting in a corresponding revocation level of physiological processes. The lipid components operate an important role in the formation of plant resistance. Therefore, it was very important to determine the characteristics of lipid peroxidation flow in leaves of arboreal plants, and changes in the composition of cuticle surface lipids at different levels of heavy metal accumulation.
Research objects were Populus italica (Du Roi) Moench and Betula pendula Roth. of second age group, growing on the industrial site PJSC 'Kryvyi Rig Factory of minium' (with strong contamination) and in the arboretum of Kryvyi Rig Botanic Garden, National Academy of Science of Ukraine (conventional control). Leaves were taken from the middle of the crown southwest exposure in phase of leaf full separation and 5-10 day of phase finishing point of their growth.
It was shown that P. italica maximally accumulated zinc, content of which was increased in the phase of leaf full separation and on 5-10 day of phase of leaf growth finishing point relative to the control to 12,6 and 23 times respectively. The accumulation level of heavy metals was typically less significant for assimilation organs of B. pendula compared to P. italica. Thus, the content of zinc and lead in the leaves during the study increased only in 2 times towards control. The leaves of B. pendula, unlike P. italica, more intensively accumulated cadmium in the phase of leaf full separation and on 5-10 day of phase finishing point of their growth (it was 6 and 15 times higher relative to control respectively). It was obviously connected to the fact that the surface texture of poplar leaves may cause intense sticking of dust particles containing heavy metals and penetration into the leaves.
The effect of heavy metals in both phases of leaf morphogenesis caused an increase in lipid peroxidation by 40-52% for P. italica and almost by 3 times for B. pendula. Furthermore, we marked special patterns for these species towards changes in the composition of the surface cuticle lipids in their leaves. In P. italica we marked decrease of heterogeneity in its composition (not identified triglycerides). In B. pendula we registered greater amount of low molecular weight components (sterols and free fatty acids). The leaves of P. italica were characterized by increased content of phospholipids and diglycerides, while its level was insignificantly decreased in B. pendula. Common specific feature of these species was increasing of sterol ester content in all the phases of leaves morphogenesis.
Key words: Populus italica, Betula pendula, heavy metals, TBK-active products, surface lipids, cuticle.
Техногенне навантаження в 30Hi дп промислових пiдприeмств обумовлюеться здеб1льшого за рахунок пилових та газових викидiв. Важкi метали, як1 мiстяться в пилових викидах, вважаються особливо токсичними i призводять до суттевого забруднення довюлля (Гришко та ш., 2012). 1х накопичення, насамперед призводить до ктотних порушень фiзiолого-бiохiмiчних процесiв у клiтинах рослин, що проявляеться в припиненнi ix росту i прискорюе процеси деградацп фiтоценозiв санiтарно-заxисниx зон пiдприемств (Глухов, 2006).
Деревш рослини з ïx розвиненою контактуючою поверхнею iнтенсивно акумулюють важк1 метали, оск1льки протягом всього життя «прив'язаш» до локально'1 територп i зазнають впливу двох середовищ: грунтового та повiтряного (Коршиков, 1996). Вплив на рослини рiзноманiтниx стресових факторiв призводить до вiдповiдного вЦгуку на рiвнi фiзiологiчниx процесiв та активацп гомеостатичних меxанiзмiв (Clemens, 2006). Важливу роль у тдтриманш гомеостазу та формуванш стiйкостi рослин виконують лiпiднi компоненти, як клiтини, так i кутикули, вмiст яких мае значш коливання i насамперед визначаеться ïx видовими особливостями (Гришко, Шскова, 2012). На ильюсний i яюсний склад лiпiдiв також впливають i зовшшш фактори. Тому актуальним на сьогодш е визначення особливостей переб^ пероксидного окиснення лiпiдiв у листках деревних рослин i змши складу поверхневих лшщв кутикули за рiзного рiвня забруднення важкими металами, що i становило мету роботи.
МАТЕР1АЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛ1ДЖЕНЬ
Об'ектами дослЦжень були Populus italica (Du Roi) Moench i Betula pendula Roth. друго'1 вiковоï групи, що ростуть на проммайданчику ЗАТ «Криворiзький суриковий завод» (в зонi сильного забруднення) i в дендрарп Криворiзького боташчного саду НАН Украши (умовний контроль). Для аналiзу вiдбирали листки з середини крони твденно-захЦно'1 експозицп у фазу повного вЦособлення листка та 5-10 добу фази завершення росту листка.
Вмкт важких металiв у рослинному матерiалi визначали на атомно-абсорбцiйному спектрофотометрi С-115 (Украша) за загальноприйнятими методами (Методические указания..., 1989). Визначення вмкту ТБК-активних продуктiв проводили на спектрофотометрi СФ-2000 (Рос1я) за В.С. Камишшковим (2000), бiлку - за Ch.S. Greenberg (1982) за реакщею з бромфеноловим синiм. Екстракщю поверхневих лiпiдiв з асимiляцiйниx оргатв проводили за модифiкованим методом Блайя i Дайера (Берзенша та ш., 2002). Тонкошарову xроматографiю поверхневих лш^в проводили за М. Кейтсом (1975). Повторшсть у межах окремого варiанту дослiду складала 10 рослин, аналогична повторнiсть 4-кратна. Статистична обробка експериментальних даних проводилася за загальноприйнятими методами параметрично'1 статистики при 95% рiвнi значущостi за Б.А. Доспеховим (1985).
ISSN 2225-5486 (Print), ISSN 2226-9010 (Online). Бiологiчний вкникМДПУ. 2014. №2
Результати та ïx Обговорення
Узагальненi розрахунки концентрацп токсикантiв у листках P. italica в умовах забруднення промисловими викидами (табл. 1) свЦчать, що найб1льше серед уах дослiджених полютантiв накопичувався цинк, який вiдноситься до класу високонебезпечних сполук i мае переважно фолiарний шлях надходження у деревш рослини (Гиниятуллин, 2007). Так, у фазу повного вЦособлення листка i на 5-10 добу фази завершення росту листка його кыьюсть перевищувала даний показник у iнтактних рослин у 12,6 та 23 рази вЦповЦно, що, ймовiрно, пов'язане з його безбар'ерним надходженням до оргашв тополi (Копылова, 2012) та ïx видовою специфiчнiстю до акумуляцп цинку (Ветчинникова, 2013). Концентращя плюмбуму в асимыяцшних органах P. italica збыьшувалася порiвняно з контролем вiд 2,9 до 8 разiв у першу та другу фазу морфогенезу листка вЦповЦно. Практично з такою ж штенсившстю вЦбувалась акумуляцiя нiкелю, що тдтверджуеться перевищенням його вмiсту за абсолютними значеннями до 5,8 разiв порiвняно з контрольними рослинами (табл. 1).
Таблиця 1. Bmîct деяких важких металiв у листках деревних рослин (мкг/г сухо!" речовини)
Пробна дыянка
Цинк
Нiкель
Плюмбум
Кадмiй
M±m
Зрл
M±m
Зрл
M±m
Зрл
M±m
Зрл
1
Умовний
контроль
Зона
сильного
забруднення
Умовний
контроль
Зона
сильного
забруднення
2
0,46±0,02 0,45 ±0,00
0,39±0,03 0,88±0,01
0,75±0,03* 2,04±0,05*
4 5
Populus italica 0,72±0,08 0,69±0,01
6
0,82±0,03 1,42±0,05
8
0,05±0,00 0,06±0,00
Betula pendula 0,93±0,04
1,06±0,04
0,70±0,00 1,76±0,08
1,95 1,25±0,11* 1,34 1,43±0,08* 2,32 1,52±0,04* 1,43 4,59±0,22*
5,77±0,09* 12,62 2,73±0,06* 3,77 2,36±0,07* 2,87 0,25±0,01* 4,99 10,44±0,15* 23,07 4,03±0,11* 5,86 11,64±0,10* 8,19 0,55±0,02* 8,65
0,08±0,00 0,11±0,02
2,05 1,16±0,01* 15,03
2,62 0,62±0,02* 5,79
Прим1тка: Зрл - показник внутршньотканинного забруднення листив; * - статистично достов1рна р1зниця вЦносно контролю при р < 0,05; в чисельнику - значення у фазу повного вЦособлення листка, у знаменнику - на 5-10 добу фази завершення росту листка
3
9
7
Зазначимо, що на думку U. Kraemer (2000), одним з меxанiзмiв, який забезпечуе високу толерантшсть рослин до шкелю, е вакуолярна локалiзацiя
його комплексiв з органiчними кислотами, завдяки чому вш вилучаеться з активного метаболiзму кл^ини. До того ж, як видно з табл. 1, P. italica штенсивно концентруе в листках ще й кадмш, що, ймовiрно, пов'язане з ефектами синерпзму мiж юнами кадмiю, цинку та плюмбуму (Kraemer, 2000).
Загалом слiд зазначити, що для P. italica характерною була висока штенсившсть акумуляцп переважно'1 бьльшосп сполук важких металiв, тому вона була вЦнесена до видiв з високим рiвнем акумуляцп токсикантiв (Гришко та ш., 2012). Встановлене, вочевидь, пов'язане з тим, що текстура поверхш листюв тополi, а саме опушешсть та наявнiсть на листовш поверxнi смолистих речовин, сприяе б1льш iнтенсивному налипанню пилових часток зi сполуками важких металiв i, як наслЦок, бiльшому фолiарному проникненню токсичних елеменпв до органiв асимiляцiï (Гиниятуллин, 2007).
Як вiдмiчають Л.В. Ветчиншкова зi спiвавт. (2013), в тканинах листив берiз певна вибiрковiсть накопичення важких металiв залежить вiд ïx видово'1 приналежностi. Науковцями було встановлено, що найменший вмкт важких металiв з помiж дослiджуваниx видiв берiз в умовах мiста спостерiгався у листках B. pendula.
За нашими даними для B. pendula в промислових умовах характерним було менш ктотне, порiвняно з P. italica, надходження переважно'1 бьльшосл важких металiв до асимiляцiйниx оргашв, що дало змогу вiднести ïï до видiв з низьким рiвнем акумуляцп токсикантiв (Гришко В.М. та ш., 2012). Так, вмiст цинку та плюмбуму в листках протягом всього перюду дослЦження зростав лише у 2 рази вЦносно контролю. Акумулящя ж нiкелю взагалi ледь суттево перевищувала так1 показники у штактних рослин (табл. 1). Проте, на вЦмшу вiд P. italica, для B. pendula характерним було максимально штенсивне накопичення кадмда як у фазу повного вЦособлення листка, так i на 5-10 добу фази завершення його росту (у 15 i 6 разiв вЦповЦно бьльше, шж у контролю). Подiбна тенденцiя акумуляцп кадмда в листках B. pendula спостерпалась у роботi Р.Х. Гiнiятуллiна i А.Ю. Кулагiна (2009). Встановлене, ймовiрно, пов'язане з антагонiстичною дiею цинку та кадмда, адже в найбшьшш мiрi антагонiзм проявляеться мiж елементами - xiмiчними аналогами, здатними конкурувати за однi дiлянки поглинання ютв (Степанок, 2000).
Пiдсумовуючи зазначимо, що для деревних видiв у промислових умовах нами була виявлена видоспецифiчна закономiрнiсть акумуляцй важких металiв. Так, протягом всього дослЦження переважну бшьшкть токсикантiв накопичував P. italica. При цьому, вмкт цинку в його листках виявився максимальним серед дослЦжуваних важких металiв. Натомiсть B. pendula в сво'1х асимiляцiйниx органах найбыьше концентрувала кадмiй, рiвень якого був у 2 рази вищим порiвняно з P. italica.
Ведомо, що токсична дш бiльшостi важких металiв викликае розвиток оксидативного стресу i супроводжуеться перебудовами метаболiзму рослин,
обумовленими як безпосередшм окисненням лiпiдiв мембран, так i накопиченням продуктiв пероксидацй, особливо вторинних (Таран та ш., 2004). Юльюсть саме сполук тюбарбиурово"! кислоти (ТБК-активних метаболiтiв) вважаеться важливим показником ступеню впливу рiзних факторiв на оргатзм, що дозволяе оцiнити функщональний стан рослин та ix неспецифiчну адаптацiйну здатнiсть (Greenberg, Gaddock, 1982).
Аналiз вмiсту продуктiв пероксидацй' в асимыяцшних органах деревних рослин в умовах контролю свЦчить, що в обох видiв у процесi розвитку i формування листово1 пластинки спостерйалось зростання рiвня пероксидного окиснення лшЦ1в (ПОЛ). Найбiльш iнтенсивно процеси ПОЛ вЦбувались у листках B. pendula (табл. 2). Натомить у P. italica вмкт ТБК-активних сполук зростав несуттево. Це, скорiш за все, е свЦченням видоспецифiчностi процесiв выьнорадикального окиснення лiпiдiв, як1 супроводжують метаболiзм рослин пiд час росту та розвитку оргашв асим1ляцй (Гришко та ш., 2012). Таблиця 2. BMiCT ТБК-активних продукив у листках деревних рослин (10-6
М МДА/мг бтку)_
Монiторингова Фаза повного вЦособлення 5-10 доба фази завершення
д!лянка
листка
M±m % до контролю M±m % до контролю
Populus italica
Умовний 2,64±0,04 — 2,94±0,23 —
контроль
Зона сильного 3,68±0,21* 139,2 4,48±0,17* 152,3
забруднення
Betula pendula
Умовний 4,93±0,28 — 5,08±0,16 —
контроль
Зона сильного 12,74±0,24* 258,6 13,87±0,18* 273,1
забруднення
Прим1тка. * - статистично достов1рна р1зниця в1дносно контролю при р < 0,05
Представлен в табл. 2 результати свЦчать, що тдвищений вм1ст важких метал1в у листках за сильного забруднення шдукуе зб1льшення ТБК-активних продукт1в. Проте штенсившсть ix утворення у б1льшост1 випадюв залежала в1д р1вня акумуляцй полютант1в. Так, для P. italica у фазу повного вЦособлення листка було характерне тдвищення концентрацй ТБК-активних сполук на 40%, а на 5-10 добу фази завершення росту листка - до 52% пор1вняно з штактними рослинами. Натомкть у листках B. pendula ильюсть вторинних продуклв ПОЛ була у 2,7 рази вищою вЦносно контрольних рослин, що, на нашу думку, певною м1рою пояснюеться досить значними темпами бiологiчноi акумуляцй ISSN 2225-5486 (Print), ISSN 2226-9010 (Online). Бiологiчний вСникМДПУ. 2014. №2
кадмiю. Так, Т.Ю. Кузнецовою (2009) було показано, що при вирощуванш B. pendula на поживному середовищд з пiдвишеним вмятом кадмiю в пагонах рiзко знижувалася частка дiенових i триенових жирних кислот. Таю змши розглядаються як один з показниюв негативного впливу кадмда на структуру i функцп мембран хлоропластiв i, вiдповiдно, на фотосинтез у пагонах берези.
Зазначене вище вказуе, що в умовах контролю як у фазу повного вЦособлення листка, так i на 5-10 добу фази завершення його росту, нашнтенсившше процеси ПОЛ вЦбувалися в листках B. pendula. В умовах забруднення вмкт ТБК-активних продукив в асимыяцшних органах даного виду зростав майже в 3 рази, на вiдмiну вЦ P. italica, у якого концентращя вторинних продукпв ПОЛ перевищувала даний показник у контрольних рослин на 52%.
Тривалий вплив техногенних забруднювачiв здатний викликати в рослинних клггинах не тыьки токсичш ефекти, але й активувати пристосувальш фiзiологiчнi, цитологiчнi i бiохiмiчнi реакцп. У вiдповiдь на несприятливi флуктуацп абiотичних факторiв у рослин вЦбуваються адаптацiйнi змiни в органах, як безпосередньо контактують з полютантами, а саме у листках. Особливе значення в цьому аспектi мае кутикула, яка на поверхш листка формуе непроникний бар'ер для багатьох розчинних у водi чи повир молекул, захищае внутршньоклггинне середовище рослин вЦ ультрафiолетового опромiнення i проникнення патогенних мiкроорганiзмiв (Kunst, Samuels, 2003). Як правило, вона вкрита шаром сумiшi лшЦ1в, яку, на думку деяких дослЦниюв, краще називати поверхневими (еткутикулярними) лiпiдами, тому що до не'1 належать не тiльки власне воски, але й етери стеришв, вуглеводш, альдегiди, спирти та ш. (Kunst, Samuels, 2003). Якщо алiфатична частина молекул поверхневих лiпiдiв виконуе, як загально визнано, роль захисту вiд ультрафiолетового випромiнювання, то рiзноманiтнiсть функцiональних груп у складi поверхневого шару не знаходить пояснення (Jetter, Schaffer, 2001). Юльюсть кожного класу речовин та ïx пропорцп залежать вЦ виду та органiв рослини (Shtemenko et al., 2008). Тому дослЦження процесу формування позаклiтинного шару захисних сполук рiзниx видiв рослин е актуальним питанням екологiчноï та еволюцшно'1 фiзiологiï рослин.
На розвиток кутикулярного покриву та його проникшсть суттево впливають зовнiшнi умови, а також фаза онтогенезу листка (найбыьшу проникшсть мае кутикула молодих листюв) (Вернигора, 2009). В умовах пристосування до факторiв зовнiшнього середовища вЦбуваеться певна трансформац1я складу поверхневих лш^в, що може призводити до змш гiдрофобностi поверхневого шару кутикули (Таран та ш., 2006). Виходячи з цього, на нашу думку, вивчення вмкту i фракцшного складу поверхневих лшЦ1в кутикули листкiв за ди важких металiв дозволить поглибити уявлення
про мехашзми адаптащ! рослин в умовах техногенного забруднення навколишнього середовища.
Так, проведення тонкошарово! хроматограф11 дозволило встановити, що сумiш поверхневих лiпiдiв у листках обох видiв контрольних деревних рослин представлена чотирма групами речовин, рiзних за поляршстю. Це насамперед фосфолшЦи, диглiцериди, етери стеринiв i триглiцериди. Отриманi нами результати щодо рiзноl гетерогенностi поверхневих лiпiдiв листюв потрiбно аналiзувати з урахуванням характерних особливостей цих сполук для кожного виду рослин (Антонюк, 2011).
При вивченш фракцшного складу поверхневих лшЦ1в виявлено, що в листках штактних рослин P. italica як у фазу повного вЦособлення листка, так i на 5-10 добу фази завершення росту листка (рис. 1), найбыьше мiстилося триглiцеридiв, диглiцеридiв та етерiв стеринiв (вiд 14 до 21% вЦ загального вмiсту лш^в). Натомiсть у B. pendula в умовному контролi на обох етапах дослЦження з помiж виявлених фракцш лiпiдiв переважали фосфолiпiди та диглщериди. Зазначене, ймовiрно, обумовлено видовою специфiчнiстю даних в ид ¡в (Вернигора, 2009).
Ж
ФЛ ДГ ЕС ТГ
DI II
ш
ФЛ ДГ ЕС IT
Рис. 1. Умкт основних фракцiй поверхневих лшЦ1в в асимiляцiйниx органах контрольних деревних рослин у фазу повного вЦособлення листка (А) та на 510 добу фази завершення росту листка (Б), % в1д загальног суми: 1 - Populus italica, 2 - Betula pendula, ФЛ - фосфолшЦи, ДГ - диглщериди, ЕС - етери стеришв, ТГ - триглщериди.
При порiвняннi еткутикулярних воскiв у листках деревних рослин, зiбраниx в умовах промислового забруднення (рис. 2), виявлеш такi загальш закономiрностi: зменшення гетерогенностi сумiшi на користь двох-трьох компоненпв (наприклад, у P. italica не iдентифiкуються триглщериди) та зсув як1сних характеристик сумiшi в бiк бiльш низькомилекулярних компоненпв (у ISSN 2225-5486 (Print), ISSN 2226-9010 (Online). Бiологiчний вкникМДПУ. 2014. №2
B. pendula з'являються фракцп стеринiв i вiльних жирних кислот). На думку деяких вчених (Kunst, Samuels, 2003), при адаптацп до xiMi4Horo забруднення рослини обирають найбыьш рацiональнi шляхи бiосинтезу захисних сполук у напрямку збiльшення ix гiдрофобностi.
В умовах промислового забруднення в обидвi фази морфогенезу листка у P. italica виявлено збыьшення вмкту фосфолiпiдiв бiльш нiж на 7% i диглiцеридiв на 5% (рис. 2). В листках B. Pendula, у фазу повного вЦособлення листка i на 5-10 добу фази завершення його росту, юльюсть вищевказаних фракцiй лiпiдiв несуттево знижувалась.
Рис. 2. Ушст основних фракцiй поверхневих лiпiдiв в асимыяцшних органах деревних рослин зони сильного забруднення ЗАТ «Криворiзький суриковий завод» у фазу повного вЦособлення листка (А) та на 5-10 добу фази завершення росту листка (Б) в % вЦ загально'1 суми: 1 - Populus italica, 2 - Betula pendula, ФЛ -фосфолшЦи, ДГ - диглщериди, ЕС - етери стеринiв, С - стерини, ВЖК - выьт
жирш кислоти.
У процесi пристосування рослин до факторiв зовнiшнього середовища вiдбуваеться бiосинтез нових лiпiдниx компоненив, як1 впливають на змiну пдрофобносл шару кутикули (Новицкая и др., 2000). Так, для позаклггинного шару асимьляцшних органiв B. pendula при забрудненш характерною була наявнiсть стеришв та в1льних жирних кислот, у той час як у контрольних рослин ця група сполук не виявлена. Ймовiрно, пул выьних жирних кислот може поповнюватися за рахунок гiдролiзу фосфолiпiдiв i диглiцеридiв або посилення в клiтинаx деструктивних процеав (Kunst, Samuels, 2003), зокрема штенсифшацп ПОЛ. Поява стеринiв серед компоненпв поверхневих лiпiдiв в умовах забруднення може свЦчити про пошкодження захисного шару кутикули, адже стерини - регулятори, що забезпечуе агрегатний стан
%
поверхневих лш^в кутикули (Gulz е1 al. 1992). Змши рiвня саме фосфолiпiдiв, диглiцеридiв, в1льних жирних кислот i стеришв пiд впливом промислового забруднення можуть свiдчити про стан систем реагування деревних рослин на дiю вЦповЦних екологiчниx чинник1в (Jetter, Schaffer, 2001).
Характерною особливктю для обох видiв деревних рослин у зонi сильного забруднення було зростання майже на 7% вмкту етерiв стеринiв як у фазу повного вЦособлення листка, так i на 5-10 добу завершення його росту (рис. 2). Встановлене можна розглядати як адаптацшну реакщю рослин на забруднення, адже синтез та перетворення етерiв стеришв вЦпрае певну роль в регулюванш проникностi мембран пiд час фiзiологiчниx змiн, подiбниx до старiння, та дп' стресорiв, зокрема озону (Tomlinson, Rich, 1970), засолення (Lopez-Pérez et. а1., 2009), важких металiв (Hernandez, Cooke, 1997) та ш. Виявлеш змiни вмiсту та складу стеришв та ïx етерiв у листках деревних рослин у зош дп промислового забруднення можуть бути надалi використанi для бiоiндикацiï екологiчного стану навколишнього середовища у промислових регюнах.
Висновки
В умовах забруднення нами була виявлена видоспецифiчна закономiрнiсть акумуляцп важких металiв деревними рослинами. Встановлено, що протягом всього перюду дослЦження концентратором переважно'1 бiльшостi токсикантiв виявилася P. italica. До того ж у ïï листках максимально штенсивно серед дослЦжених важких металiв накопичувався цинк (у 12,6 та 23 рази бьльше контролю вЦповЦно у першу та другу фази розвитку листка). Натомкть B. pendula в сво'1х асимiляцiйниx органах найбiльше акумулювала кадмiй, вмiст якого перевищував у 2 рази показники P. italica. ВЦносно неспецифiчно'ï вiдповiдi рослинного оргашзму на дiю важких металiв було з'ясовано, що найбыьш iнтенсивно процеси ПОЛ вЦбувалися в листках B. pendula. Рiвень ТБК-активних продуклв в асимiляцiйниx органах даного виду зростав майже в 3 рази порiвняно з контролем, на вiдмiну в1д P. italica, у якого юльюсть вторинних продуктiв ПОЛ збыьшувалась на 50%.
Проаналiзувавши вмiст еткутикулярних лiпiдiв, з'ясували, що в умовах промислового забруднення в обидвi фази морфогенезу листка для P. italica (виду з високим рiвнем акумуляцп быьшосл важких металiв), характерним було зростання вмкту фосфолiпiдiв (бiльш тж на 7%) i диглiцеридiв (до 5%),
як триглiцериди взагалi не iдентифiкувались. У складi поверхневих лшщв B. pendula (виду з низьким рiвнем акумуляцп важких металiв) спостерiгалась поява стеринiв i выьних жирних кислот, тодi як у штактних рослин ïx не було виявлено, що свЦчить про певш порушення гiдрофобностi шару кутикули.
Робота була виконана за проектом № 36-1 «Транслокащя важких металiв i фтору в системi "грунт-рослина" та тдвищення стiйкостi рослин за дп' абiотичниx факторiв» ц1льово'1 комплексно'1 мiждисциплiнарно'ï програми
ISSN 2225-5486 (Print), ISSN 2226-9010 (Online). Бiологiчний вкникМДПУ. 2014. №2
наукових дослiджень НАН Украши з проблем сталого розвитку, рацiонального природокористування та збереження навколишнього середовища.
ПЕРЕЛ1К ВИКОРИСТАНО1 Л1ТЕРАТУРИ Антонюк Т.М. Фенольнi та лiпiднi компоненти рiзних за аклiматизацiйною здатнiстю видiв роду Rhododendron L.: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. бюл. наук : спецiальнiсть 03.00.12 <^зюлопя рослин» / Т.М. Антонюк. - К., 2011. - 18 с.
Берзенша О.В. Методи дослЦження поверхневих лшщв рослин / О.В. Берзенша, Н.1. Штеменко, В.М. Шепеленко // Вiсник Днiпропетровського унiверситету. Бюлопя. Екологiя. - 2002. - Вип. 10, Т. 1. - С. 104-108. Вернигора Е.Г. Эпидермальные структуры интродуцируемых растений в условиях климата южного Приморья: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. биол. наук: специальность 03.00.32 «Биологические ресурсы» / Е.Г. Вернигора. - Владивосток, 2009. - 19 с.
Ветчинникова Л.В. Особенности накопления тяжелых металлов в листьях древесных растений на урбанизованных территориях в условиях Севера / Л.В. Ветчинникова, Т.Ю. Кузнецова, А.Ф. Титов // Труды Карельского научного центра РАН. - 2013, № 3. - С. 68-73.
Гиниятуллин Р.Х. Биоконсервация металлов в надземних органах тополя бальзамического в условиях промышленного загрязнения / Р.Х. Гиниятуллин / Вестн. Мос. гос. ун-та леса. Лес. вестн. - 2007. - № 1. - С. 53-56. Гиниятуллин Р.Х. Экологическая роль березы повислой в ограничении циркуляции металлов в условиях техногенного загрязнения / Р.Х. Гиниятуллин, А.Ю. Кулагин // Известия самарського научного центра РАН. - 2009. - Т. 11, № 1. - С. 223-227.
Глухов О.З. Фггошдикащя металопресингу в антропогенно трансформованому середовишд / О.З. Глухов, А.1. Сафонов, Н.А. Хижняк. - Донецьк: Норд-Пресс, 2006. - 360 с.
Гришко В.М. Важк метали: надходження в грунти, транслокащя у рослинах та еколопчна небезпека / [В.М. Гришко, Д.В. Сищиков, О.М. Шскова, О.В. Данильчук, Н.В. Машталер]. - Донецьк: «Донбас», 2012. - 303 с. Гришко В.М. Процеси пероксидного окиснення лш^в та змши юльюсного i яюсного складу поверхневих лш^в у Populus italica (Du Roi) Moench, Populus deltoides Marsh. та Aesculus hippocastanum L. за рiзного рiвня забруднення важкими металами / В.М. Гришко, О.М. Шскова // Допов^ Нацюнально!' академп наук Украши. - 2012. - № 8. - С. 123-130.
Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 351 с. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике: в 2 т. / В.С. Камышников. - Минск: Беларусь, 2000. - Т. 2. - 207 с.
Кейтс М. Техника липидологии / М. Кейтс; [пер. с англ. В.А. Вавера]. - М.: Мир, 1975. - 156 с.
Коршиков И.И. Адаптация растений к условиям техногенно загрязненной среды / И.И. Коршиков. - К.: Наук. думка, 1996. - 238 с.
Копылова Л.В. Накопление тяжелых металлов в древесных растениях на урбанизованных территориях восточного Забайкалья: автореф. диссертации на соискание уч. степени канд. биол. наук: специальность 03.02.08 «Экология» / Л.В. Копылова. - Улан-Уде., 2012. - 23 с.
Кузнецова Т.Ю. Влияние тяжелых металлов на некоторые физиолого-биохимические показатели растений рода Betula L.: автореф. дис. на соискание уч. степени канд. биол. наук: специальность 03.00.04. «Биохимия» / Т.Ю. Кузнецова. - Петрозаводск, 2009. - 20 с.
Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. - М.: Б.и., 1989. - 62 с. Мокров И.В. Биоиндикационное значение флуктуирующей асимметрии листовой пластинки березы повислой (Betula pendula Roth.) в рекреационных зонах крупного промышленного центра и на особо охраняемой природной территории (на примере Нижегородской области): автореф. дис. На соискание уч. степени канд. биол. наук: специальность 03.00.16 «Экология» / И.В. Мокров. - Н. Новгород, 2005. - 24 с.
Новицкая Г.В. Липидный состав листьев в связи с холодостойкостью растений томатов / Г.В. Новицкая, Т.А. Суворова, Т.И. Трунова // Физиология растений. -2000. - Т. 47. - С. 829-835.
Степанок В.В. Влияние сочетания соединений тяжелых металлов на урожай сельскохозяйственных культур и поступление тяжелых металлов в растения / В.В. Степанок // Агрохимия. - 2000. - № 1. - С. 74-80.
Таран Н.Ю. ЛшЦи рослин: Наукове видання / Н.Ю. Таран, О.1. Косик, О.А. Оканенко, Л.М. Бацманова. - К.: Ленвгг, 2006. - 104 с.: 1л. - Бiблiогр.: С. 85103.
Таран Н.Ю. Вторинний оксидний стрес як елемент загально'1 адаптивно!' вЦповщ рослин на дда несприятливих факторiв довкыля / Н.Ю. Таран, О.А. Оканенко, Л.М. Бацманова, М.М. Муаенко // Физиология и биохимия культурных растений. - 2004. - Вип. 36, № 1. - С. 3-14.
López-Pérez L. Changes in plasma membrane lipids, aquaporins and proton pump of broccoli roots, as an adaptation mechanism to salinity / L. López-Pérez, M. Del C. Martínez-Ballesta, Ch. Maurel, M. Carvajal // Phytochemistry. - 2009. -V. 70. - P. 492-500.
Clemens S. Toxic metal accumulation, responses to exposure and mechanisms of tolerance in plants / S. Clemens // Biochimie. - 2006. - V. 88. - P. 1707-1719. Greenberg Ch.S. Rapid single step membrane proteine assay / Greenberg Ch.S., Gaddock Rh.R. // Clin. Chem. - 1982. - V. 28, № 7. - Р. 1726-1728.
154 Eio^oriHHHH eicmiK ^f^
-fi>
Gulz P.-G. Pflanzliche epicuticularischen Lipiden / P.-G. Gulz, R.B.N. Prasad, E. Muller // Zeitschrift für Naturforschung. C, Journal of biosciences. - 1992. - V. 20. - P. 68-71.
Hernandez L.E. Modification of the root plasma membrane lipid composition of cadmiumtreated Pisum sativum / L.E. Hernandez, D.T. Cooke. // Journal of Experimental Botany. - 1997. - V. 48, № 312. - P. 1375-1381.
Jetter R. Chemical Composition of the Prunus laurocerasus Leaf Surface. Dynamic Changes of the Epicuticular Wax Film during Leaf Development / R. Jetter, S. Schaffer // Plant Physiology. - 2001. - V. 126. - P. 1725-1737.
Kraemer U. Subcellular localization and speciation of nickel in hyperaccumulator and non-accumulator Thlaspi species / U. Kraemer, I.J. Pickering, R.C. Prince, I. Raskin, D.E. Salt // Plant Physiol. - 2000. - V. 122, № 4. - P. 1343-1353. Kunst L. Biosynthesis and secretion of plant cuticular wax / L. Kunst, A.L. Samuels // Prog. Lipid Res., 2003. - V. 42. - P. 51-80.
Shtemenko N.I. Liposomal forms of rhenium cluster compounds: enhancement of biological activity / N.I. Shtemenko, O.V. Berzenina, D.E. Yegorova, A.V. Shtemenko // Chemistry and biodiversity. - 2008. - V. 5. - P. 1660-1667.
Tomlinson H. Lipid peroxidation, a result of injury in bean leaves exposed to ozone / H. Tomlinson, S. Rich // Phytopathology. - 1970. - V. 60. - P. 1531-1532.
References
Antonyuk, T.M. (2011). Phododendron L. species with various potential of acclimatization and their phenol and lipid components. Thesis of doctorial dissertation. Kiev.
Berzenina, O.V., Shtemenko, N.I., Shepelenko, V.M. (2002). Research methods for plant surface lipids. Bulletin of Dnepropetrovsk University. Biology. Ecology. 10(1), 104-108.
Vernigora, Ye.G. (2009). Epidermal structure of introduced plants in the south Primorye climatic conditions. Thesis of Doctoral Dissertation. Vladivostok.
Vetchinnikova, L.V., Kuznetsova, T.Yu., Titov, A.F. (2013). Accumulation pattern of heavy metals in leaves of tree plants in North urban area. Transactions of Karelia Scientific Center. 3, 68-73.
Giniyatullin, R.Kh. (2007). Biological conservation of the metals in surface vegetative organs of balsam poplar under industrial pollution. Bulletin of Moscow State Forest Institute. 1, 53-56.
Giniyatullin, R.Kh., Kulagin, A.Yu. (2009). Ecological role of drooping birch in the limitaion of metal circulation under industrial pollition. Transactions of samara Scientific Center. 11 (1), 223-227.
Glukhov, O.Z., Safonov, A.I., Khizhnyak, N.A. (2006). Phytoindication of metal plessure in industrial-transformed environment. Donetsk: Nord-Press.
Gryshko, V.M., Syshchykov, D.V., Piskova, O.M., Danyl'chuk, O.V., Mashtaler, N.M. (2012). Heavy metals: inflow into the soils, plant translocation and ecological hazards. Donetsk: Donbas.
Gryshko, V.M., Piskova, O.M. (2012). Lipid peroxide oxidation and changes in quintuty and quality of surface lipids of Populus italica (Du Roi) Moench, Populus deltoides Marsh. and Aesculus hippocastanum L. at various level of heavy metals pollution. Reports of National Academy of Sciences of Ukraine. 8, 123-130.
Dospekhov, B.A. (1985). Filed experiment methodic with statistial proccessing.
Moscow: Agropromizdat.
ISSN 2225-5486 (Print), ISSN 2226-9010 (Online). Eiоnогiцниü bíchukMffnY. 2014. №2
156 Eio^oriHHHH eicHHK
Kamyshnikov, V.S. (2000). Reference on clinic and treatment laboratory diagnostics.
Minsk: Belarus. Keyts, M. (1975). Lipidology technique. Moscow: Mir.
Korshykov, I.I. (1996). Plant adaptation to the industrial pollution. Kiev: Naukova dumka.
Kopylova, L.V. (2012). Heavy metals accumulation in tree plants in urban area of
Eastern Trans-Baikal. Thesis of Doctoral Dissertation. Ulan-Ude. Kuznetsova, T.Yu. (2009). Impact of heavy metals on some physiological and biochemical characteristics of genera Betula L. Thesis of Doctoral Dissertation. Petrozavodsk.
Determination of heavy metals in agriculture soils and plant cultivation products.
Manual. (1989). Moscow. Mokrov, I.V. (2005). Fluctuated asymmetry of leaves of drooping birch (Betula pendula Roth.) and its bioindication importance in the recreational area of large industrial city and on protected areas (the case of Nizhegorodskaia oblast). Thesis of Doctoral dissertation. Nizhniy Novgorod. Novitskaya, G.V., Suvorova, T.A., Trunova, T.I. (2000). Leaf lipid composition and
cold tolerance of tomatoes. Plant physiology. 47, 829-835. Stepanok, V.V. (2000). Combined influence and inflow pattern of heavy metals on agriculture crops. Agrochemistry. 1, 74-80.
Taran, N.Yu., Kosyk, O.I., Okanenko, O.A., Batsmanova, L.M. (2006). Plant lipids. Kiev: Lenvit.
Taran, N.Yu., Okanenko, O.A., Batsmanova, L.M., Musienko, M.M. (2004). Secondary oxide stress as plant common adaptation towards negative environment. Physiology and Biochemistry of Cultivated Plants. 36(1), 3-14. López-Pérez, L., Martínez-Ballesta, M. Del C., Maurel, Ch., Carvajal, M. (2009). Changes in plasma membrane lipids, aquaporins and proton pump of broccoli roots, as an adaptation mechanism to salinity. Phytochemistry. 70, 492-500. Clemens, S. (2006). Toxic metal accumulation, responses to exposure and
mechanisms of tolerance in plants. Biochimie. 88, 1707-1719. Greenberg, Ch.S. Gaddock, Rh.R. (1982). Rapid single step membrane proteine assay. 28 (7), 1726-1728.
Gulz, P.-G., Prasad, R.B.N., Muller, E. (1992). Pflanzliche epicuticularischen Lipiden.
Zeitschrift für Naturforschung. C, Journal of biosciences. 20, 68-71. Hernandez, L.E., Cooke, D.T. (1997). Modification of the root plasma membrane lipid composition of cadmiumtreated Pisum sativum. Journal of Experimental Botany. 48 (312), 1375-1381. Jetter, R., Schaffer, S. (2001). Chemical Composition of the Prunus laurocerasus Leaf Surface. Dynamic Changes of the Epicuticular Wax Film during Leaf Development. Plant Physiology. 126, 1725-1737.
158 Бюлопчний bíchhk
Kraemer, U., Pickering, I.J., Prince, R.C., Raskin, I., Salt, D.E. (2000). Subcellular localization and speciation of nickel in hyperaccumulator and non-accumulator Thlaspi species. Plant Physiol. 122 (4), 1343-1353. Kunst, L., Samuels, A.L. (2003). Biosynthesis and secretion of plant cuticular wax.
Prog. Lipid Res. 42, 51-80. Shtemenko, N.I., Berzenina, O.V., Yegorova, D.E., Shtemenko, A.V. (2008). Liposomal forms of rhenium cluster compounds: enhancement of biological activity. Chemistry and Biodiversity. 5, 1660-1667. Tomlinson, H., Rich, S. (1970). Lipid peroxidation, a result of injury in bean leaves exposed to ozone. Phytopathology. 60, 1531-1532. Поступила в редакцию 02.08.2014
Как цитировать:
Зубровська, О.М., Гришко, В.М. (2014). Змши складу поверхневих лш^в кутикули Populus italica та Betula pendula в умовах забруднення. Биологический вестник Мелитопольского государственного педагогического университета имени Богдана Хмельницкого, 4 (2), 142-158. cross«* http://dx.doi.org/10.7905/bbmspu.v4i2.889
© Зубровська, Гришко, 2014
Users are permitted to copy, use, distribute, transmit, and display the work publicly and to make and distribute derivative works, in any digital medium for any responsible purpose, subject to proper attribution of authorship.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 License.
