Научная статья на тему 'Содержание антоцианов как показатель нефтяного загрязнения растений и растительных сообществ дюн Куршской косы'

Содержание антоцианов как показатель нефтяного загрязнения растений и растительных сообществ дюн Куршской косы Текст научной статьи по специальности «Физиология растений»

186
66
Поделиться

Аннотация научной статьи по биологии, автор научной работы — Дедков В. П., Масленников П. В., Гребенев Н. Н.

Анализировали эндогенный уровень антоциановых пигментов в доминантах флоры дюнной гряды Куршской косы в процессе онтогенетического развития и в зависимости от условий их произрастания в течение вегетационного периода 2003 г. Показано, что уровень антоцианов повышался в начале и в конце периода вегетации (колосняк песчаный, белокопытник ложный, ивы), а также в условиях загрязнения нефтепродуктами (ИУ2). Высокий уровень антоцианов в этих условиях в течение всего вегетационного периода наблюдался только в листьях белокопытника и чины. Фоновый уровень антоцианов позволяет заложить прочную основу для осуществления постоянного экологического мониторинга растительных сообществ Куршской косы.

Похожие темы научных работ по биологии , автор научной работы — Дедков В.П., Масленников П.В., Гребенев Н.Н.,

The contents anthocyans as a parameter of petroleum pollution of plants and vegetative communities dunes of Curonian Spit

It was analyzed a endogenous level of anthocyan pigments in plants predominant of the Curonian spit flora in process ontogenetic developments and depending on conditions of their growth during the vegetative period of 2003 year. It is shown, that the level of anthocyans raised in the beginning, and also at the end of the period of vegetation (leymus arenarius, petasites spurious, salix) and also in conditions of pollution by oil (the RS2). The high level of anthocyans during all vegetative period was observed only in leaves of petasites spurious and lathyrus maritimus. The background anthocyan level allows to ground for realization of constant ecological monitoring vegetative communities of the Curonian spit.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Содержание антоцианов как показатель нефтяного загрязнения растений и растительных сообществ дюн Куршской косы»

102

Н.В. Харланова, Д. Швезиг, В.А. Фунтиков

Список литературы

1. Denyer E.R. Current Trends in ICP-MS / / Atomic Spectroscopi. 1991. Vol. 12. №12. P. 215-224.

2. Date A.R., Gray A.L. Development Progress in Plasma Soursce Mass Spectrometry // Analyst. 1983. Vol. 108. №2. P. 159 — 165.

3. ELAN 6000 ICP Mass Spektrometr Software and Hardwere Guide, avaible from Perkin-Elmer Sciex Instruments. 761 Main Avenue, Norwalk CT 06859 — 0204.

Об авторах

Н.В. Харланова — асп., РГУ им. И. Канта.

Д. Швезиг — д-р геоэкологии, Рейн-Вестфальский институт воды (Германия), d.schwesig@iww-online.de.

В.А. Фунтиков — д-р хим. наук, проф., РГУ им. И. Канта, funtikovva@mail.ru.

УДК 581.1:581.5

В.П. Дедков, П.В. Масленников, Н.Н. Гребенев

СОДЕРЖАНИЕ АНТОЦИАНОВ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАСТЕНИЙ И РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ ДЮН КУРШСКОЙ КОСЫ

Анализировали эндогенный уровень антоциановых пигментов в доминантах флоры дюнной гряды Куршской косы в процессе онтогенетического развития и в зависимости от условий их произрастания в течение вегетационного периода 2003 г. Показано, что уровень антоцианов повышался в начале и в конце периода вегетации (колосняк песчаный, белокопытник ложный, ивы), а также в условиях загрязнения нефтепродуктами (ИУ2). Высокий уровень антоцианов в этих условиях в течение всего вегетационного периода наблюдался только в листьях белокопытника и чины. Фоновый уровень антоцианов позволяет заложить прочную основу для осуществления постоянного экологического мониторинга растительных сообществ Куршской косы.

It was analyzed a endogenous level of anthocyan pigments in plants — predominant of the Curonian spit flora in process ontogenetic developments and depending on conditions of their growth during the vegetative period of2003 year. It is shown, that the level of an-thocyans raised in the beginning, and also at the end of the period of vegetation (leymus arenarius, petasites spurious, salix) and also in conditions of pollution by oil (the RS2). The high level of anthocyans during all vegetative period was observed only in leaves of petasites spurious and lathyrus maritimus. The background anthocyan level allows to ground for realization of constant ecological monitoring vegetative communities of the Curonian spit.

Вестник РГУ им. И. Канта. 2006. Вып. 1. Естественные науки. С. 102 — 108.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Антоцианы — водно-растворимые флавоноиды, содержащиеся в клеточном соке листьев растений, цветов, плодов и окрашивающие их в красный, фиолетовый цвета и их различные сочетания. Они выявлены в высших растениях почти всех порядков [4; 5]. Синтезируются данные соединения в цитоплазме и депонируются в клеточные вакуоли при помощи глутатионовой помпы [6]. Антоцианы в растительной клетке могут играть значимую роль в адаптации растений к различным стрессовым факторам, в том числе к нефтяному загрязнению. Так, накопление антоцианов связывается с механизмом защиты фотосинтетического аппарата растительного организма от обширного окислительного повреждения, возникающего вследствие действия различных поллютантов, включая нефть [7; 8]. Это позволяет рассматривать эндогенный уровень антоцианов в качестве биоиндикатора физиологического состояния растений на молекулярно-генетическом, клеточном, организменном и популяционном уровнях организации экосистем и использовать их содержание как тест, характеризующий степень воздействия нефтяного загрязнения на отдельные растения и растительные сообщества.

Цель данной работы — определить содержание антоцианов в различных видах растений дюнных сообществ в сезонной динамике для создания базы фитомониторинга и оценки состояния растений при условии разлива нефти или продуктов ее переработки в Балтике. Для реализации данной цели определялось содержание антоцианов в листьях доминантных растений в фитоценозах дюн Куршской косы [1 — 3] в период с апреля по ноябрь 2003 г.

Объекты и методы

Анализировался эндогенный уровень антоциановых пигментов в листьях растений, произрастающих на наветренной (со стороны моря) и подветренной сторонах авандюны. Были заложены следующие пробные исследовательские участки (рис. 1) на территории Государственного национального парка «Куршская коса»: пробная площадка №1 (ИУ1) — размытая авандюна высотой 1,5 — 2 м над уровнем моря, в корне косы у г. Зеленоградска; пробная площадка №2 (ИУ2) — авандюна высотой 5 — 6 м над уровнем моря в 6 км от г. Зеленоградска; пробная площадка №3 (ИУ3) — авандюна — 8 — 10 м над уровнем моря, 16 км от г. Зеленоградска, рядом с турбазой «Дюны»; пробная площадка №4 (ИУ4) — авандюна высотой 5 — 6 м в 32 км от г. Зеленоградска рядом с пос. Рыбачий; пробная площадка №5 (ИУ5) — авандюна высотой 4 —

5 м в 43 км от г. Зеленоградска. Пробная контрольная площадка (ИУконтроль) находилась рядом с орнитологической станцией — подвижная дюна со стороны залива, 24 км от г. Зеленоградска.

Исследование накопления антоцианов в доминантах флоры дюн Куршской косы: колосняке песчаном (Leymus arenarius (L.) Hochst), песколюбе песчаном (Ammophila arenaria (L.) Link), чине приморской (Lathyrus maritimus Bigel.), белокопытнике ложном (Petasites spurious (Retz) Reishb), иве волчникова (Salix daphnoides Will.), иве козьей (Salix caprea L.), иве ушастой (Salix aurita L.) проводилось в течение вегетации 2003 г. в период с апреля по ноябрь.

103

104

Рис. 1. Расположение исследовательских участков на территории национального парка «Куршская коса» (▲ — Кравцовское нефтяное месторождения Д-6)

Уровень антоциановых пигментов определялся в 1%-ном солянокислом водном экстракте, предварительно гомогенат центрифугировался в течение 30—45 минут при 4500 об/мин. Содержание суммы ан-тоцианов рассчитывали с применением удельного показателя поглощения цианидин-3,5-дигликозида в 1%-ном водном растворе соляной кислоты (453). Поглощение данных пигментов определялось на спектрофотометре СФ-46 при длине волны 510 нм [9]. Для внесения поправок на содержание зеленых пигментов определялась оптическая плотность полученных экстрактов при 657 нм [10]. Содержание исследуемых веществ приведено на грамм сухого веса.

Обсуждение и результаты

В результате выполненной работы установлено, что максимальный уровень антоциановых пигментов был характерен для растений песколюба песчаного и чины приморской в начале периода вегетации (апрель-май, фенологические фазы — весеннее возобновление вегетации, фаза выметывания), собранных на всех ИУ, включая контрольный (рис. 2 и 3). Для колосняка песчаного и белокопытника ложного более высокое содержание данных пигментов отмечалось также в конце периода вегетации (ноябрь, фенологические фазы — засыхание и отмирание), для ив — только в осенний период (начало отмирания листьев). В дальнейшем уровень антоцианов в растительных тканях чины, колосняка, песколюба и белокопытника снижался (июнь-сентябрь). Так, уровень антоцианов в листьях колосняка песчаного в начале вегетации (апрель) был в 4 раза выше по сравнению с аналогичным показателем в июле; в листьях песколюба песчаного — в 7,3 раза; в листьях чины и белокопытника — в 4,4 и 2 раза соответственно (апрель).

и

о

к

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

й

s

я

о

н

к

й

ш

S

к

й

*

ш

«

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

о

и

0,1 1 0,09 -0,08 -0,07 -

0,06 -

0,05 -0,04 -

0,03 -

0,02 -0,01

□ Апрель ■ Май Н Июнь

□ Июль ■ Сентябрь ■ Ноябрь

i

Й

К ИУ1 ИУ2 ИУ3 ИУ4

Участки взятия проб

ИУ5

Рис. 2. Содержание антоцианов в листьях песколюба песчаного (Ammophila arenaria (L.) Link) с наветренной стороны авандюны на различных участках Куршской косы в течение сезона вегетации 2003 г. (%)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

и

о

к

й

S

я

о

н

к

й

ш

S

к

й

*

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

«

о

и

0,045

0,04

0,035

0,03

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0

i

И

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

□ Май ■ Июнь ■ Июль

■ Сентябрь ■ Ноябрь

Контроль ИУ1 ИУ2 ИУ3 ИУ4

Участки взятия проб

ИУ5

0

105

Рис.3. Содержание антоцианов в листьях чины приморской (ЬаЛугиэ шагШшиэ Bigel.) с наветренной стороны авандюны на различных участках Куршской косы в течение сезона вегетации 2003 г. (%)

106

В.П. Дедков, П.В. Масленников, Н.Н. Гребенев

Незначительное повышение содержания антоцианов наблюдалось в листьях песколюба и чины в конце периода вегетации. Уровень антоцианов также менялся в зависимости от расположения ИУ на территории национального парка. В начале вегетации (апрель-май) более высокое содержание данных пигментов наблюдалось в листьях исследуемых растений, собранных на авандюне высотой 5 — 6 м над уровнем моря (ИУ2).

Так, содержание антоцианов в листьях колосняка (ИУ2, апрель) превышало аналогичный показатель в растениях, собранных на ИУконгроль в 1,9 раза, по сравнению с ИУ5 — в 1,35 раза. Уровень антоцианов был также выше в листьях песколюба (ИУ2) — в 1,7 и 1,2 раза (ИУконтроль и ИУ5); в листьях белокопытника — в 1,4 и 1,75 раза; в листьях чины — в 1,9 и 1,3 раза соответственно. В дальнейшем эндогенный пул антоцианов в листьях исследуемых растений (ИУ2) несколько снижался по сравнению с содержанием антоцианов в растениях, собранных на ИУконтроль и ИУ5.

В частности, более высокий уровень антоцианов в листьях колосня-ка (ИУ2) по сравнению с контрольными растениями наблюдался также в мае (в 1,4 раза), а в листьях песколюба в мае-июне — в 1,8 и 1,35 раза (рис. 4). В дальнейшем (июнь-сентябрь) содержание антоцианов в листьях растений не изменялось в зависимости от участка сбора за исключением последнего месяца вегетации (ноябрь). В отличие от колосняка и песколюба, чина и белокопытник (ИУ2) характеризовались более высоким содержанием антоцианов по сравнению с ИУконтроль на всем протяжении вегетационного периода.

и'

о

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

к

!2

и

О

н

К

ф

!2

К

Л

X

&

и

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0,04

0,035

0,03

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0

£

і

□ Апрель

■ Июнь

■ Сентябрь

■ Май И Июль Ш Ноябрь

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

і

Контроль ИУ1 ИУ2А ИУ3

Участки взятия проб

ИУ4

ИУ5

Рис. 4. Содержание антоцианов в листьях колосняка песчаного (Ьеушиэ агепапиэ (Ь.) НосЬэ):) с наветренной стороны авандюны на различных участках Куршской косы в течение сезона вегетации 2003 г. (%)

Кроме того, в начале вегетации (апрель-май) на ИУ2 наблюдались множественные включения нефтепродуктов (песчано-мазутная смесь)

диаметром до 0,2 м на пляже от уреза воды до подножья наветренной стороны авандюны, где произрастают некоторые из псаммофитов. Сходный уровень загрязнения был отмечен для ИУ1, ИУ3, ИУ4, ИУ5, но в гораздо меньшей степени (единичные включения нефтепродуктов от 20 до 2 — 3 см в диаметре). Нефтяное загрязнение отмечалось и в предыдущие годы (1988, 1996, 2000) в последней декаде мая, что обусловлено нагреванием морской воды до 14 — 15°С. Это выше температуры застывания мазута (+10°С) и дает возможность ему перемещаться с водными потоками по поверхности воды во взвешенном и сальтирую-щем состоянии, а затем при волнении выноситься на берег. Нефтепродукты, выброшенные на пляж, образуют песчано-мазутную смесь, которая представляет собой полутвердые смоляные агрегаты, смешанные с песком. По физическим свойствам (запах, цвет, температура застывания и др.) их можно отнести к топочному мазуту М-30, М-40 [11].

Таким образом, исследование фонового содержания антоцианов показало, что при общем невысоком содержании антоцианов в течение сезона вегетации их уровень повышался в начале и в конце вегетационного периода (колосняк песчаный, белокопытник ложный, ивы), а также в условиях загрязнения нефтепродуктами (ИУ2). Высокий уровень антоцианов в этих условиях в течение всего периода вегетации наблюдался только в листьях белокопытника и чины. Определение фонового содержания антоцианов в листьях исследуемых растений до разлива нефти позволяет заложить прочную основу для осуществления постоянного экологического мониторинга физиологического состояния растений и растительных сообществ Куршской косы.

Список литературы

1. Географический атлас Калининградской области / Гл. ред. В.В. Орленок. Калининград: Изд-во КГУ; ЦНИТ, 2002.

2. Чупахина Г.Н., Головина Е.Ю. Адаптационный механизм растений Куршской косы // Вестник Калининградского университета. Сер. Экология региона Балтийского моря. Калининград: Изд-во КГУ, 2003.

3. Дерффлинг К., Дедков В. Перспективы экофизиологического исследования растений на Куршской косе // Тез. докл. междунар. науч. конф. Калининград, 1994. С. 19—20.

4. Chalker-Scott L. Environmental Significance of Anthocyanins in Plant Stress Responses // Photochemistry and Photobiology. 1999. V. 70. P. 1—9.

5. Mars K.A., Alfenito M.R., Loyd A.M., Walbot V.A Glutathione S-transferase Involved in Vacuolar Transfer Encoded by the Maize Gene Bronze-2 // Nature. 1995. V. 375. Р. 397—400.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6. Selinger D.A., Chandler V.L. A Mutation in the Pale Aleurone Color 1 Gene Identifies a Novel Regulator of the Maize Anthocyanin Pathway // Plant Cell. 1999. V. 11. P. 5 — 14.

7. Lavola A., Julkunen-Tiitto R., Paakkonen E. Does ozone stress change the primary or secondary metabolites of birch (Betula pendula Roth)? / / New Phytol. 1994. V. 126. № 4. P. 637 — 642.

8. Масленников П.В., Бородей А.В. Антоцианы как тест на нефтяное загрязнение // Современные проблемы биоиндикации и биомониторинга: Материалы XI международного симпозиума по биоиндикаторам. Сыктывкар, 2001. С. 124 — 125.

107

108

В.П. Дедков, П.В. Масленников, Н.Н. Гребенев

9. Муравьева Д.А., Бубенчикова В.Н., Беликов В. В. Спектрофотометрическое определение суммы антоцианов в цветках василька синего // Фармакология. 1987. Т. 36. С. 28—29.

10. Mancinelli A.L. Light-dependent anthocyanin synthesis: a model system for the study of plant photomorphogenesis // Bot. Rev. 1985. Vol. 51. №1. P. 143 — 154.

11. Орленок В.В., Басс О.В., Рябкова О.И. Нефтяное загрязнение береговой зоны Балтийского моря и оценка его уровня // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: C6. науч. тр. Калининград: Изд-во КГУ, 2002.

Об авторах

В.П. Дедков — д-р биол. наук, проф., РГУ им. И. Канта, dedkov@email.albertina.ru.

П.В. Масленников — канд. биол. наук, доцент, РГУ им. И. Канта, pa-shamaslennikov@yahoo.com.

Н.Н. Гребенев — выпускник ф-та биоэкологии РГУ им. И. Канта.

УДК 502(210.5)(470.26)

С.А. Базылев

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ПРОБЛЕМЫ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ ПО МАТЕРИАЛАМ СРЕДСТВ МАССОВОЙ ИНФОРМАЦИИ

Приводятся результаты исследования материалов средств массовой информации по нефтяному загрязнению береговой зоны Балтийского моря в пределах Калининградской области в период с 1996 по 2005 г. Отдельно представлены современные методы контроля за нефтяным загрязнением.

In this work are given results researching mass media materials on oil pollution along the Baltic sea coastern in Kaliningrad region from 1996 to 2005. Modern methods of controlling oil pollution are shown separately.

Морское побережье Калининградской области обладает высоким рекреационным потенциалом. Однако в последние годы экологическая обстановка здесь ухудшилась, вследствие периодического загрязнения береговой зоны нефтепродуктами, поступающими в основном со стороны моря [10]. Первое такое загрязнение пляжей произошло 22 мая 1988 г. на западном и северном побережье Самбии [9]. От хронического загрязнения в Балтийское море попадает от 20 до 40 тыс. тонн нефти в год, а в результате аварий 5 — 10 тыс. тонн [3; 7]. Береговая зона в пределах Калининградской области на протяжении длительного периода времени систематически подвергалась мазутному загрязнению, особенно следует упомянуть разливы 1988, 1994, 1996, 2000, 2001, 2003 и 2005 гг. (см. табл.).

Вестник РГУ им. И. Канта. 2006. Вып. 1. Естественные науки. С. 108 — 112.