Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення
У результаті визначення рівня й темпів акумуляції Zn, Ni, Pb i Cd у деревних рослин в умовах різного рівня забруднення їх види розділено на дві групи: з акумуляційним потенціалом, що перевищував фоновий рівень у 10 разів (Populus bolleana, P. italica, Picea pungens, Sorbus aucuparia), та ті, фоновий...
Gespeichert in:
| Datum: | 2015 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2015
|
| Schriftenreihe: | Физиология растений и генетика |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159482 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення / В.М. Гришко, О.М. Зубровська // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 1. — С. 47-57. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-159482 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1594822019-10-06T01:25:27Z Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення Гришко, В.М. Зубровська, О.М. У результаті визначення рівня й темпів акумуляції Zn, Ni, Pb i Cd у деревних рослин в умовах різного рівня забруднення їх види розділено на дві групи: з акумуляційним потенціалом, що перевищував фоновий рівень у 10 разів (Populus bolleana, P. italica, Picea pungens, Sorbus aucuparia), та ті, фоновий рівень для яких був перевищений від 5 до 10 разів (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula pendula, Tilia cordata). Показано, що на початку морфогенезу листків найвищий вміст первинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів був у A. negundo і S. aucuparia. Найістотніше кількість вторинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів (більш як у 2,5 раза) зростала в B. pendula, Ae. hippocastanum, Picea pungens і, як правило, узгоджувалась із темпами накопичення важких металів. В результате определения уровня и темпов аккумуляции Zn, Ni, Pb и Cd у древесных растений в условиях разного уровня загрязнения их виды разделены на две группы: с аккумуляционным потенциалом, превышающим фоновый уровень в 10 раз (Populus bolleana, Populus italica, Picea pungens, Sorbus aucuparia), и те, фоновый уровень для которых был превышен от 5 до 10 раз (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula pendula, Tilia cordata). Показано, что в начале морфогенеза листьев наивысшее содержание первичных продуктов пероксидного окисления липидов было у A. negundo и S. aucuparia. Наиболее существенно количество вторичных продуктов пероксидного окисления липидов (более чем в 2,5 раза) возрастало у Betula pendula, Aesculus hippocastanum, Picea pungens и, как правило, согласовывалось с темпами накопления тяжелых металлов. Determination of the level and tempo of Zn, Ni, Pb and Cd accumulation in woody plants under different contamination levels allowed to divide species into two groups: ones with accumulation potential exceeding in 10 times the background level (Populus bolleana, Populus italica, Picea pungens and Sorbus aucuparia), and ones for which the excess of the background level was from 5 to 10 times (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula pendula and Tilia cordata). It is shown that in the beginning of leaf morphogenesis the high content of lipid peroxidation primary products was inherent for Acer negundo and Sorbus aucuparia. It was established significant increase in the secondary lipid peroxidation products amount (more than in 2.5 times) in Betula pendula, Aesculus hippocastanum and Picea pungens, which tend to match with the heavy metals accumulation tempo. 2015 Article Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення / В.М. Гришко, О.М. Зубровська // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 1. — С. 47-57. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 2308-7099 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159482 581.1:502.521 uk Физиология растений и генетика Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
У результаті визначення рівня й темпів акумуляції Zn, Ni, Pb i Cd у деревних рослин в умовах різного рівня забруднення їх види розділено на дві групи: з акумуляційним потенціалом, що перевищував фоновий рівень у 10 разів (Populus bolleana, P. italica, Picea pungens, Sorbus aucuparia), та ті, фоновий рівень для яких був перевищений від 5 до 10 разів (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula pendula, Tilia cordata). Показано, що на початку морфогенезу листків найвищий вміст первинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів був у A. negundo і S. aucuparia. Найістотніше кількість вторинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів (більш як у 2,5 раза) зростала в B. pendula, Ae. hippocastanum, Picea pungens і, як правило, узгоджувалась із темпами накопичення важких металів. |
| format |
Article |
| author |
Гришко, В.М. Зубровська, О.М. |
| spellingShingle |
Гришко, В.М. Зубровська, О.М. Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення Физиология растений и генетика |
| author_facet |
Гришко, В.М. Зубровська, О.М. |
| author_sort |
Гришко, В.М. |
| title |
Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення |
| title_short |
Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення |
| title_full |
Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення |
| title_fullStr |
Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення |
| title_full_unstemmed |
Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення |
| title_sort |
накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| publishDate |
2015 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159482 |
| citation_txt |
Накопичення важких металів та перебіг вільнорадикальних реакцій в асиміляційних органах деревних рослин в умовах забруднення / В.М. Гришко, О.М. Зубровська // Физиология растений и генетика. — 2015. — Т. 47, № 1. — С. 47-57. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. |
| series |
Физиология растений и генетика |
| work_keys_str_mv |
AT griškovm nakopičennâvažkihmetalívtaperebígvílʹnoradikalʹnihreakcíjvasimílâcíjnihorganahderevnihroslinvumovahzabrudnennâ AT zubrovsʹkaom nakopičennâvažkihmetalívtaperebígvílʹnoradikalʹnihreakcíjvasimílâcíjnihorganahderevnihroslinvumovahzabrudnennâ |
| first_indexed |
2025-07-14T12:01:56Z |
| last_indexed |
2025-07-14T12:01:56Z |
| _version_ |
1837623690818224128 |
| fulltext |
УДК 581.1:502.521
НАКОПИЧЕННЯ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ТА ПЕРЕБІГ
ВІЛЬНОРАДИКАЛЬНИХ РЕАКЦІЙ В АСИМІЛЯЦІЙНИХ ОРГАНАХ
ДЕРЕВНИХ РОСЛИН В УМОВАХ ЗАБРУДНЕННЯ
В.М. ГРИШКО, О.М. ЗУБРОВСЬКА
Криворізький ботанічний сад Національної академії наук України
50089 Кривий Ріг, вул. Маршака, 50
e-mail: piskovajaolga@rambler.ru
У результаті визначення рівня й темпів акумуляції Zn, Ni, Pb i Cd у деревних
рослин в умовах різного рівня забруднення їх види розділено на дві групи: з аку-
муляційним потенціалом, що перевищував фоновий рівень у 10 разів (Populus
bolleana, P. italica, Picea pungens, Sorbus aucuparia), та ті, фоновий рівень для яких
був перевищений від 5 до 10 разів (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula
pendula, Tilia cordata). Показано, що на початку морфогенезу листків найвищий
вміст первинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів був у A. negundo і
S. aucuparia. Найістотніше кількість вторинних продуктів пероксидного окиснен-
ня ліпідів (більш як у 2,5 раза) зростала в B. pendula, Ae. hippocastanum, Picea pun-
gens і, як правило, узгоджувалась із темпами накопичення важких металів.
Ключові слова: деревні рослини, акумуляція, важкі метали, дієнові кон’югати,
триєнові кон’югати, ТБК-активні продукти.
Останнім часом проблема охорони довкілля в промислових регіонах
посідає особливе місце через значні масштаби і швидкість техногенних
процесів, які призводять до концентрування в рослинах багатьох важких
металів, а також забруднення навколишнього середовища іншими небез-
печними хімічними сполуками [9]. У свою чергу, таке поліелементне на-
копичення токсичних речовин негативно впливає на рослинні організми
і спричинює істотні порушення фізіолого-біохімічних процесів [11, 27,
28], що виявляється в активації процесів окиснювальної деструкції в
рослинній клітині [3, 16, 21]. Очевидно, що оксидативний стрес як ком-
плекс реакцій організмів на дію стресового чинника є універсальною
відповіддю рослин і може об’єктивно характеризувати їх фізіологічний
стан [15, 22, 26]. Виходячи з вищесказаного, ми вважали за потрібне
дослідити особливості акумуляції цинку, свинцю, кадмію і нікелю в ли-
стках деревних рослин у зонах із різними рівнями забруднення пром-
майданчика ЗАТ «Криворізький суриковий завод», а також динаміку
процесів пероксидного окиснення ліпідів.
Методика
Об’єктами досліджень були Populus bolleana Lauche, P. italica (Du Roi)
Moench, Picea pungens Engelm., Acer negundo L., Tilia cordata Mill., Sorbus
aucuparia L., Betula pendula Roth. i Aesculus hippocastanum L. другої вікової
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКА. 2015. Т. 47. № 1
47
© В.М. ГРИШКО, О.М. ЗУБРОВСЬКА, 2015
групи, що зростають на проммайданчику ЗАТ «Криворізький суриковий
завод» (у зонах сильного і слабкого забруднення) та в дендрарії Кри-
ворізького ботанічного саду НАН України (умовний контроль). Для
аналізу із середини крони південно-західної експозиції відбирали лист-
ки та хвою у фазу повного їх відособлення і на 80—85-ту доби фази за-
вершення росту органів асиміляції.
Вміст важких металів у рослинному матеріалі визначали на атомно-
абсорбційному спектрофотометрі С-115 (Україна) загальноприйнятими
методами [19]. Показники внутрішньотканинного забруднення розрахо-
вували за Ільїним [13]. Вміст дієнових і триєнових кон’югатів і ТБК-ак-
тивних продуктів визначали на спектрофотометрі СФ-2000 (Росія) за Ка-
мишніковим [14]. Кількість білка в гомогенатах встановлювали за
реакцією з бромфеноловим синім методом Грінберг [24]. Повторність
кожного окремого варіанта досліду становила 10 рослин, аналітична пов-
торність — чотириразова. Експериментальні дані оброблено статистично
за загальноприйнятими методами параметричної статистики при 95 %-му
рівні значущості за Доспєховим [12].
Результати та обговорення
Отримані дані дають підставу стверджувати, що в контрольних умовах у
фазу повного відособлення листка цинк найбільшою мірою акумулював-
ся у А. negundo, тоді як в асиміляційних органах S. aucuparia, Р. pungens і
Ае. hippocastanum його вміст був у 3,3—5,5 раза меншим (рис. 1). Слід за-
значити, що для останнього характерна також найнижча концентрація
нікелю в листках, тоді як у Р. bolleana, Р. italica і В. pendula його нако-
пичувалось майже у 20 разів більше. Певну видоспецифічність акумуляції
в листках деревних рослин встановлено також і для свинцю. Так, на по-
чатковому етапі морфогенезу органів асиміляції найбільшу його концент-
рацію (1,34—1,54 мкг/г сухої речовини) зафіксовано у Т. cordata, S. aucu-
48
В.Н. ГРИШКО, О.Н. ЗУБРОВСКАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
Рис. 1. Вміст важких металів (мкг/г сухої речовини) в асиміляційних органах контрольних
деревних рослин:
а — фаза повного відособлення листків/хвої; б — 80—85-та доби фази завершення росту листків/хвої
(права шкала побудована для кадмію); 1 — S. aucuparia; 2 — Aе. hippocastanum; 3 — T. cordata; 4 —
P. pungens; 5 — P. italica; 6 — A. negundo; 7 — P. bolleana; 8 — B. pendula. *Статистично вірогідна різни-
ця відносно вихідного рівня за р < 0,05
б
paria та Р. pungens, натомість у листках Ае. hippocastanum цей метал нако-
пичувався в 3,5 раза повільніше. Вміст кадмію в асиміляційних органах
більшості видів коливався від 0,02 до 0,05 мкг/г сухої речовини.
Дещо відмінна картина акумуляції цинку спостерігалась на 80—85-ту
доби фази завершення росту листків/хвої (див. рис. 1). Так, його мак-
симальний вміст був у листках Р. bolleana (2,31 мг/г сухої речовини),
мінімальний (0,27 мг/г сухої речовини) — в Ае. hippocastanum. Стосовно
інших важких металів встановлено характерну для попередньої фази мор-
фогенезу листків/хвої тенденцію — найвища концентрація нікелю була
притаманна Р. bolleana, свинцю — Т. cordata і Р. pungens.
Із порівняння аналітичних даних, отриманих в умовах промислово-
го майданчика, випливає, що найвища концентрація всіх досліджуваних
металів у листках/хвої деревних рослин була у зоні сильного забруднен-
ня (рис. 2, а). Це пояснюється забрудненням атмосферного повітря по-
близу підприємства суспендованими твердими часточками різної гідро-
фобності з вмістом сполук важких металів, які інтенсивно прилипають до
асиміляційних органів [5, 20]. Загальний обсяг надходження в повітря
важких металів у 2007—2011 рр. коливався від 7,0 до 14,6 тис. т/рік [9].
Крім того, на здатність листків поглинати важкі метали впливають їх
морфоанатомічні особливості. Чим більше опушені листки й чим більше
клейких компонентів вони продукують на поверхню, тим інтенсивніше
листки затримують сполуки металів із забрудненої атмосфери [6, 23].
Ми встановили, що найвищі темпи акумуляції цинку в зоні сильно-
го забруднення у фазу повного відособлення листків були характерні для
S. aucuparia, в якої показник внутрішньотканинного забруднення листків
(Зр
л) перевищував 30. У Р. bolleana і Р. italica коефіцієнт біологічної аку-
муляції цинку коливався від 9,0 до 12,6, тоді як в інших видів — не пе-
ревищував 3,2. Аналогічний характер видоспецифічності темпів акуму-
ляції спостерігався і в зоні слабкого забруднення (див. рис. 2, б).
Доволі високі значення показника внутрішньотканинного забруд-
нення листків/хвої (Зр
л > 20) у фазу їх повного відособлення в обох зо-
нах промислового впливу встановлено для кадмію та нікелю, причому
першого елемента як за абсолютними, так і відносними показниками
найбільше містилось у хвої Р. pungens, тоді як другого за абсолютними
показниками — у Р. bolleana, Р. italica, Ае. hippocastanum, за темпами аку-
муляції — у А. hippocastanum.
Накопичення в листках свинцю у фазу повного відособлення
листків/хвої було мінімальним, що, ймовірно, пов’язано з антагоністич-
ною дією іонів цинку [7]. Так, значення Зр
л змінювались від 1,2 (Р. pun-
gens) до 3,3 (Р. bolleana).
Узагальнену закономірність акумуляції важких металів у лист-
ках/хвої деревних рослин найоб’єктивніше відображає аналіз їх вмісту в
період, коли ще активно не розвинулись процеси старіння і відтоку ор-
ганогенних сполук із листків до інших органів [2, 6, 9]. В нашому
дослідженні цьому періоду відповідає 80—85-та доби фази завершення
росту листків/хвої. Встановлено, що на цьому етапі в рослинах із пром-
майданчика на обох забруднених ділянках найінтенсивніше акумулював-
ся цинк (див. рис. 2, в). Високі показники його вмісту в зоні сильного
забруднення були характерні для Р. bolleana і Р. italica, що узгоджується
з попередньо отриманими даними Гришка і Данильчука [8] для тополь
у зоні впливу забруднень гірничозбагачувальних фабрик, а також для
S. aucuparia. Водночас ці види характеризувались великими значеннями
49
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
коефіцієнтів внутрішньотканинного забруднення (у 5,4—10 разів вищи-
ми, ніж інші види). Стосовно високого ступеня накопичення цинку в
рослинах відомо, що він є вираженим елементом-біофілом, який бере
участь у багатьох процесах метаболізму, тому його розчинні форми до-
ступні для рослин, а поглинання цього елемента лінійно зростає з підви-
щенням його концентрації у ґрунті [7, 25].
Вміст нікелю на 80—85-ту доби фази завершення росту листків у
Р. bolleana, Р. italica був у 3—4 рази вищий, ніж в інтактних рослин
(див. рис. 2, в, г). Натомість мінімальний рівень його біологічної аку-
муляції був характерним для Р. pungens. Накопичення свинцю на-
прикінці морфогенезу листків/хвої зростало майже втричі (див. рис. 2,
50
В.Н. ГРИШКО, О.Н. ЗУБРОВСКАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
Рис. 2. Індекси внутрішньотканинного забруднення асиміляційних органів деревних рос-
лин важкими металами у фазу повного відособлення листків/хвої (а, б) та на 80—85-ту до-
би фази завершення росту листків/хвої (в, г):
а, в — в зоні сильного забруднення; б, г — в зоні слабкого забруднення; 1 — P. bolleana; 2 — P. italica;
3 — A. negundo; 4 — P. pungens; 5 — T. cordata; 6 — S. aucuparia; 7 — Aе. hippocastanum; 8 — B. pendula.
*Статистично вірогідна різниця відносно контролю за р < 0,05
г
в, г), причому як за абсолютними, так і відносними показниками високі
його концентрації були притаманні Р. bolleana, Р. italica, A. negundo
(6,69—11,64 мкг/г сухої речовини). Кадмій акумулювався максимально
інтенсивно в умовах зони сильного забруднення у хвої Р. pungens (Зр
л у
1,8—3,2 раза був вищим, ніж для інших видів).
Слід зазначити, що листяним деревним рослинам була притаманна
загальна закономірність максимального накопичення згаданих важких
металів в умовах зони сильного забруднення порівняно із зоною слабко-
го забруднення впродовж усього періоду досліджень. Так, в органах
асиміляції рослин першої зони впродовж обох фаз морфогенезу листків
кадмію накопичувалось в 1,4—3 рази більше, ніж у зоні слабкого забруд-
нення (див. рис. 2).
На підставі визначення рівня і темпів акумуляції Zn, Pb, Cd i Ni в
асиміляційних органах деревних рослин в умовах різного рівня промисло-
вого забруднення види було поділено на дві групи. До першої, з найвищим
акумуляційним потенціалом більшості важких металів, який у 10 разів
перевищував фоновий рівень, увійшли Р. bolleana, Р. italica, Р. pungens,
S. aucuparia. До другої, із середнім рівнем акумуляції у 5—10 разів вищим
за фоновий віднесено A. negundo, Aе. hippocastanum, B. pendula, T. cordata.
Рослини в промислових умовах змушені пристосовуватись до
хронічної дії такого стресового чинника, як підвищений вміст токсичних
речовин у повітрі, шляхом реалізації кількох адаптаційних стратегій. Існу-
ючі на сьогодні дані дають підстави констатувати, що при забрудненні
довкілля в рослин реалізуються механізми онтогенетичної (фізіологічної)
адаптації, тобто внаслідок перебудови фізіологічних процесів на клітинно-
му та організменому рівнях підвищується їх стійкість за відхилення від
фізіологічного оптимуму напруженості певного чинника [10]. За даними
наших досліджень, в умовах забруднення переважна більшість видів у
штучних насадженнях реалізує потенціал засобів фізіологічної адаптації як
організмів стрес-толерантів різного рівня за концепцією Раменського—
Грайма (екологічних типів стратегій) [9, 17].
На фізіолого-біохімічному рівні провідним показником інтенсив-
ності стресового впливу на живі організми за дії важких металів вважа-
ють продукти пероксидного окиснення ліпідів (ПОЛ), які, крім того, ви-
конують роль (принаймні первинні продукти) каталізаторів процесу і
забезпечують його самопришвидшення. Найімовірніше, їх певний рівень
є сигналом запуску механізмів ослаблення токсичної дії іонів металів на
рослини як на рівні надходження до клітини, так і їх компартмен-
талізації у цитозолі [1, 2, 18].
За результатами досліджень вмісту первинних продуктів ПОЛ у
листках контрольних рослин встановлено, що вже у фазу повного
відособлення листків/хвої їх кількість була найбільшою у Р. bolleana,
Р. italica, Aе. hippocastanum і сягала 1,53—1,64 та 0,98—1,54 одиниць аб-
сорбції/г сирої речовини відповідно для дієнових і триєнових
кон’югатів (табл. 1).
Оцінивши отримані результати, зазначимо, що за умов техноген-
ного навантаження у фазу повного відособлення листків рослин у зоні
сильного забруднення високий вміст дієнових і триєнових кон’югатів (у
1,2—1,7 раза вищий, ніж у контрольних рослин) виявлено в A. negundo,
що належить до групи рослин із середнім рівнем акумуляції, а також у
S. aucuparia, яка входить до складу групи з високим рівнем акумуляції,
причому майже в усіх видів простежувався подібний характер розподілу
51
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
первинних продуктів ПОЛ: дієнових кон’югатів містилося менше, ніж
триєнових. Винятками були B. pendula і Р. pungens, в яких зміни кількості
кон’югованих дієнів і триєнів практично однакові.
Слід зазначити, що в рослин зони слабкого забруднення спос-
терігався аналогічний характер розподілу первинних продуктів ПОЛ. Де-
що несподівано в цих умовах поводився A. negundo, в листках якого
підвищення вмісту дієнових і триєнових кон’югатів виявилося майже од-
наковим. Це, можливо, пов’язано з видоспецифічним функціонуванням
систем захисту рослин, у тому числі їх антиоксидантних ланок, а саме
глутатіонзалежної антиоксидантної системи. Так, Безсонова та співавт.
[4] встановили, що в разі надлишку важких металів у тканинах листків
A. saccharinum вміст відновленої форми глутатіону був в 1,5 раза вищий,
ніж у Ae. hippocastanum i T. platyphyllos.
У більшості контрольних видів рослин за подальшого розвитку лист-
кової пластинки кількісний склад первинних продуктів ПОЛ залишався
52
В.Н. ГРИШКО, О.Н. ЗУБРОВСКАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
ТАБЛИЦЯ 1. Вміст первинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів в асиміляційних
органах деревних рослин у фазу повного відособлення листків/хвої за стресового впливу
важких металів (од. абсорбції/г сирої речовини)
Дієнові кон’югати Триєнові кон’югатиВид
М±m % контролю М±m % контролю
Умовний контроль
Acer negundo 1,40±0,03 — 0,90±0,02 —
Aesculus hippocastanum 1,63±0,01 — 0,89±0,02 —
Populus italica 1,64±0,01 — 1,18±0,03
Populus bolleana 1,53±0,07 — 0,98±0,01 —
Tilia cordata 1,42±0,04 — 0,71±0,01 —
Picea pungens 1,37±0,07 — 0,89±0,01 —
Sorbus aucuparia 1,36±0,01 — 0,96±0,01 —
Betula pendula 1,50±0,03 — 1,37±0,01 —
Зона сильного забруднення
Acer negundo 1,74±0,09* 123,8 1,50±0,04* 166,9
Aesculus hippocastanum 1,71±0,01* 104,9 1,39±0,01* 156,1
Populus italica 1,94±0,01* 118,4 1,58±0,01 134,2
Populus bolleana 1,80±0,03* 117,4 1,44±0,04* 146,9
Tilia cordata 1,61±0,05* 113,5 1,17±0,02* 164,6
Picea pungens 1,51±0,06* 110,0 1,07±0,02 119,8
Sorbus aucuparia 1,76±0,02* 129,7 1,51±0,03* 157,4
Betula pendula 1,74±0,01* 116,0 1,50±0,01* 109,4
Зона слабкого забруднення
Acer negundo 1,59±0,03* 113,2 1,01±0,02* 112,6
Aesculus hippocastanum — — — —
Populus italica 1,73±0,02* 105,5 1,56±0,01* 131,7
Populus bolleana 1,70±0,01* 110,9 1,36±0,07* 138,9
П р и м і т к а. Тут і в табл. 2: *Статистично вірогідна різниця відносно контролю за р < 0,05;
«—» — вид не росте.
майже незмінним порівняно з вищеописаною фазою морфогенезу лист-
ка (табл. 2). Натомість у рослин зони сильного забруднення на 80—85-
ту доби фази завершення росту листків/хвої вільнорадикальні процеси
істотно інтенсифікувалися, про що свідчить зростання в 1,5—2,4 раза
вмісту триєнових і дієнових кон’югатів. Так, крім A. negundo і S. aucu-
paria високу концентрацію первинних продуктів ПОЛ виявлено також у
Ае. hippocastanum (вид із середнім рівнем акумуляції важких металів) і
Р. bolleana, Р. italica, які належать до групи видів із високим акуму-
ляційним потенціалом.
Високий вміст дієнових і триєнових кон’югатів у зоні слабкого за-
бруднення наприкінці морфогенезу листків встановлено у Р. bolleana і
Р. italica, причому триєнових кон’югатів в асиміляційних органах місти-
лося менше, ніж дієнових. Така закономірність була характерною й для
всіх інших видів деревних рослин.
Збільшенню кількості дієнових і триєнових кон’югатів відповідало
підвищення рівня вторинних продуктів ПОЛ — ТБК-активних сполук.
Отримані результати (рис. 3) підтвердили, що в умовному контролі за
53
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
ТАБЛИЦЯ 2. Вміст первинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів в асиміляційних
органах деревних рослин на 80—85-ту доби фази завершення росту листків/хвої за
стресового впливу важких металів (од. абсорбції/г сирої речовини)
Дієнові кон’югати Триєнові кон’югати
Вид
М±m % контролю М±m % контролю
Умовний контроль
Acer negundo 1,08±0,01 — 0,85±0,01 —
Aesculus hippocastanum 1,44±0,03 — 1,10±0,02 —
Populus italica 1,10±0,01 — 1,10±0,03 —
Populus bolleana 1,10±0,01 — 1,11±0,01 —
Tilia cordata 1,51±0,02 — 1,26 ±0,03 —
Picea pungens 1,62±0,01 — 1,42±0,05 —
Sorbus aucuparia 1,34±0,04 — 0,92±0,01 —
Betula pendula 1,58±0,02 — 1,42±0,01 —
Зона сильного забруднення
Acer negundo 2,00±0,01* 183,8 1,88±0,01* 220,2
Aesculus hippocastanum 2,91±0,03* 201,8 2,64±0,04* 239,1
Populus italica 2,22±0,02* 202,4 1,90±0,01* 172,1
Populus bolleana 2,08±0,01* 189,6 1,80±0,03* 161,6
Tilia cordata 2,07±0,02* 136,7 1,78±0,01* 141,8
Picea pungens 2,29±0,04* 141,6 2,01±0,02* 141,8
Sorbus aucuparia 2,04±0,03* 152,6 1,45±0,07* 157,2
Betula pendula 2,27±0,02* 143,6 2,09±0,01* 146,8
Зона слабкого забруднення
Acer negundo 1,30±0,01* 120,0 0,97±0,02 113,5
Aesculus hippocastanum — — — —
Populus italica 1,62±0,01* 147,3 1,41±0,02* 128,7
Populus bolleana 1,60±0,01* 145,1 1,41±0,03* 127,0
весь час досліджень вільнорадикальні процеси найінтенсивніше відбува-
лися в листках B. pendula, S. aucuparia і T. cordata (кількість ТБК-актив-
них продуктів перевищувала показники в інших видів у 2 рази). Встанов-
лений факт, на нашу думку, пояснюється значними темпами біологічної
акумуляції нікелю й кадмію в листках цих видів. Однак необхідно вра-
ховувати також певну видоспецифічність перебігу процесів вільноради-
кального окиснення.
Як видно з рис. 3, кількість ТБК-активних продуктів у листках де-
ревних рослин за умов поліелементного забруднення проммайданчика
ЗАТ «Криворізький суриковий завод» перевищувала їх вміст у тканинах
контрольних рослин на обох етапах дослідження. Так, у фотосинтезую-
чих органах Р. bolleana в зоні сильного забруднення у фазу повного
відособлення листків концентрація вторинних продуктів ПОЛ зростала
на 70 %, а в зоні слабкого забруднення — на 50 % відносно контролю.
Наприкінці морфогенезу листків цей показник збільшувався відповідно
на 83 і 57 %.
Отримані результати підтвердили, що для видів з найвищими
акумуляційними потенціалами, а саме Р. bolleana і Р. italica, характер-
ним був доволі низький рівень вільнорадикальних процесів, який не пе-
ревищував цей показник у контрольних рослин більш як в 1,9 раза (див.
рис. 3). На нашу думку, це можна пояснити підвищеною інтенсивністю
функціонування антиоксидантних систем у тополь порівняно з іншими
видами [4, 8].
Зауважимо, що у S. aucuparia, яка за рівнем акумуляційного по-
тенціалу також належить до рослин першої групи, поряд зі значними по-
казниками внутрішньотканинного забруднення листків спостерігалось
зростання до 2 разів вмісту ТБК-активних сполук. Аналогічне підвищен-
ня вмісту вторинних продуктів ПОЛ характерне і для Т. cordata — виду
із середнім рівнем акумуляційного потенціалу. Доволі специфічно пово-
54
В.Н. ГРИШКО, О.Н. ЗУБРОВСКАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
Рис. 3. Вміст ТБК-активних продуктів в асиміляційних органах деревних рослин (10—6 М
МДА/мг білка) у фазу повного відособлення листків/хвої (а) та на 80—85-ту доби фази за-
вершення росту листків/хвої (б):
I — умовний контроль; II — зона сильного забруднення; III — зона слабкого забруднення; 1 — P. bol-
leana; 2 — P. italica; 3 — A. negundo; 4 — P. pungens; 5 — T. cordata; 6 — S. aucuparia; 7 — A. hippocas-
tanum; 8 — B. pendula. *Статистично вірогідна різниця відносно контролю за р < 0,05
1 2 3 4 5 6 7 8
1 2 3 4 5 6 7 8
диться A. negundo, в якого за середнього коефіцієнта біологічної акуму-
ляції у фазу повного відособлення листків/хвої процеси ПОЛ активува-
лись на 40 %, а у фазу завершення росту листків — майже вдвічі.
Найістотніше зростання вмісту ТБК-активних сполук (більш як у 2,5 ра-
за) у різних зонах промислового забруднення було властиве B. pendula,
Ае. hippocastanum i P. pungens.
Отже, за рівнем і темпами накопичення Zn, Pb, Cd i Ni в зоні дії
промислового підприємства деревні рослини можна поділити на дві гру-
пи: з високим акумуляційним потенціалом більшості важких металів,
який перевищує фоновий рівень у 10 разів (Р. bolleana, Р. italica, P. pun-
gens, S. aucuparia), та із середнім рівнем акумуляції, що перевищує фо-
новий рівень від 5 до 10 разів (А. negundo, Ае. hippocastanum, B. pendula,
Т. cordata). Крім того, під впливом аеротехногенних викидів у листках
відбуваються видоспецифічні зміни на фізіолого-біохімічному рівні. Вже
на початкових етапах морфогенезу листків за дії промислового забруд-
нення активувалися вільнорадикальні процеси, на що вказувало зростан-
ня вмісту первинних продуктів ПОЛ. В умовах сильного забруднення
найвищий їх вміст виявлено в А. negundo та S. aucuparia. Характерною
особливістю було те, що в більшості видів зростання вмісту дієнових
кон’югатів було меншим, ніж триєнових. З’ясовано також, що навіть не-
значний вміст забруднювачів в асиміляційних органах деревних рослин
призводив до інтенсифікації ПОЛ, про що свідчило зростання концент-
рації ТБК-активних продуктів більш як у 2,5 раза. Зазначене швидше за
все зумовлене видоспецифічністю функціонування антиоксидантних си-
стем захисту у видів із різним рівнем стрес-толерантності.
Робота виконана за проектом «Транслокація важких металів і фто-
ру в системі ґрунт—рослина та підвищення стійкості рослин за дії
абіотичних факторів» (2010—2014) цільової комплексної міждис-
циплінарної програми наукових досліджень НАН України з проблем ста-
лого розвитку, раціонального природокористування та збереження нав-
колишнього середовища.
1. Артюшенко Т.А. Участь аскорбінової кислоти і ферментів її метаболізму у фізіологічній
адаптації гороху та кукурудзи до сумісної дії сполук нікелю і кадмію: Автореф. дис. …
канд. біол. наук. — К., 2012. — 21 с.
2. Барабой В.А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи соврем.
биологии. — 1991. — 111. — С. 923—931.
3. Бацманова Л.М., Грудіна Н.С., Стороженко В.О., Таран Н.Ю. Адаптивні реакції рослин
озимої пшениці різних екотипів за дії пероксиду водню // Физиология и биохимия
культ. растений. — 2010. — 42, № 2. — С. 163—168.
4. Безсонова В.П., Козюкіна Ж.Т., Лиженко І.І. Вплив техногенних умов на вміст ас-
корбінової кислоти та глутатіону в листі різних рослин // Укр. ботан. журн. — 1989. —
46, № 3. — С. 83—85.
5. Бессонова В.П., Зайцева І.А. Вміст важких металів у листі дерев та чагарників в умовах
техногенного забруднення різного походження // Питання біоіндикації та екології. —
Запоріжжя, 2008. — 13, № 2. — С. 62—77.
6. Гиниятуллин Р.Х. Биоконсервация металлов в надземных органах тополя бальзамичес-
кого в условиях промышленного загрязнения / Вестн. Моск. гос. ун-та леса. Лес.
вестн. — 2007. — № 1. — С. 53—56.
7. Гладков Е.А. Влияние комплексного взаимодействия тяжелых металлов на растения ме-
гаполисов // Экология. — 2007. — № 1. — С. 71—74.
8. Гришко В.Н., Данильчук А.В. Содержание тяжелых металлов и продуктов перекисного
окисления липидов у тополей в условиях загрязнения // Інтродукція рослин. — 2004. —
№ 2. — С. 54—59.
9. Гришко В.М., Сищиков Д.В., Піскова О.М. та ін. Важкі метали: надходження в ґрунти,
транслокація у рослинах та екологічна небезпека. — Донецьк: Донбас, 2012. — 303 с.
55
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
10. Гродзинский Д.М. Адаптивная стратегия физиологических процессов растений. — Киев:
Наук. думка, 2012. — 302 с.
11. Гуральчук Ж.З. Фітотоксичність важких металів та стійкість рослин до їх дії. — К.: Ло-
гос, 2006. — 208 с.
12. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки резуль-
татов исследований). — М.: Агропромиздат, 1985. — 351 с.
13. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Относительные показатели загрязнения в системе почва—
растение // Почвоведение. — 1979. — № 11. — С. 61—67.
14. Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике:
В 2 т. — Минск: Беларусь, 2000. — Т. 2. — 207 с.
15. Клеточные механизмы адаптации растений к неблагоприятным воздействиям экологи-
ческих факторов в естественных условиях / Под ред. Е.Л. Кордюм. — К.: Наук. думка,
2003. — 275 с.
16. Колупаев Ю.Е., Карпец Ю.В. Активные формы кислорода при адаптации растений к
стрессовым температурам // Физиология и биохимия культ. растений. — 2009. — 41,
№ 2. — С. 95—108.
17. Косаківська І.В. Екологічний напрям у фізіології рослин: досягнення та перспективи //
Там само. — 2007. — 39, № 4. — С. 279—290.
18. Кошкин Е.И. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур. — М.: Дрофа,
2010. — 638 с.
19. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и
продукции растениеводства. — М.: Б.и., 1989. — 62 с.
20. Сергейчик С.А. Устойчивость древесных растений в техногенной среде. — Минск: На-
вука і техніка, 1994. — 278 с.
21. Таран Н.Ю., Оканенко О.А., Бацманова Л.М. Вторинний оксидний стрес як елемент за-
гальної адаптивної відповіді рослин на дію несприятливих факторів довкілля // Физио-
логия и биохимия культ. растений. — 2004. — 36, № 1. — С. 3—14.
22. Gill S.S., Tuteja N. Reactive oxygen species and antioxidant machinery in abiotic stress tole-
rance in crop plants // Plant Physiol. Biochem. — 2010. — 48. — P. 909—930.
23. Godzik B. Heavy metals content in plants from zinc dumps and reference areas // Polish. Bot.
Stu. — 1993. — 5. — P. 113—132.
24. Greenberg Ch.S., Gaddock Rh.R. Rapid single step membrane proteine assay // Clin. Chem. —
1982. — 28, N 7. — P. 1726—1728.
25. Guillermo S.-M.E., Cogliatti D.H. The regulation of zinc uptake in wheat plants // Plant Sci. —
1998. — 137, N 6. — P. 1—12.
26. Kosyk O., Okanenco A., Batsmanova L., Taran N.Yu. Wheat glycolipid changes while lead ion
action // Book of Publications XXXVI Annual Meeting European Society for New Methods
in Agricultural Research (ESNA). — Jasi, Romania, 2006. — P. 533—540.
27. Sima Gh., Fatemeh Z. Histological and ultrastructure changes in Medicago sativa in response
to lead stress // J. Pharmacognosy and Phytochemistry. — 2013. — 2, N 2. — P. 20—29.
28. Soares A.M., Gomes M.P., Marques T. et al. Ecophysiological and anatomical changes due to
uptake and accumulation of heavy metal in Brachiaria decumbens // Sci. Agr. — 2011. — 68. —
P. 566—573.
Отримано 11.08.2014
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ПРОТЕКАНИЕ
СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ В АССИМИЛЯЦИОННЫХ ОРГАНАХ
ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
В.Н. Гришко, О.Н. Зубровская
Криворожский ботанический сад Национальной академии наук Украины
В результате определения уровня и темпов аккумуляции Zn, Ni, Pb и Cd у древесных рас-
тений в условиях разного уровня загрязнения их виды разделены на две группы: с аккуму-
ляционным потенциалом, превышающим фоновый уровень в 10 раз (Populus bolleana,
Populus italica, Picea pungens, Sorbus aucuparia), и те, фоновый уровень для которых был пре-
вышен от 5 до 10 раз (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula pendula, Tilia cordata). По-
казано, что в начале морфогенеза листьев наивысшее содержание первичных продуктов
пероксидного окисления липидов было у A. negundo и S. aucuparia. Наиболее существенно
количество вторичных продуктов пероксидного окисления липидов (более чем в 2,5 раза)
56
В.Н. ГРИШКО, О.Н. ЗУБРОВСКАЯ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
возрастало у Betula pendula, Aesculus hippocastanum, Picea pungens и, как правило, согласовы-
валось с темпами накопления тяжелых металлов.
ACCUMULATION OF HEAVY METALS AND FREE RADICAL REACTIONS IN THE
ASSIMILATION ORGANS OF WOODY PLANTS IN CONTAMINATION CONDITIONS
V.M. Gryshko, O.M. Zubrovs’ka
Kryvyi Rig Botanic Garden, National Academy of Sciences of Ukraine
50 Marshak St., Kryvyi Rig, 50089, Ukraine
Determination of the level and tempo of Zn, Ni, Pb and Cd accumulation in woody plants under
different contamination levels allowed to divide species into two groups: ones with accumulation
potential exceeding in 10 times the background level (Populus bolleana, Populus italica, Picea pun-
gens and Sorbus aucuparia), and ones for which the excess of the background level was from 5 to
10 times (Acer negundo, Aesculus hippocastanum, Betula pendula and Tilia cordata). It is shown that
in the beginning of leaf morphogenesis the high content of lipid peroxidation primary products
was inherent for Acer negundo and Sorbus aucuparia. It was established significant increase in the
secondary lipid peroxidation products amount (more than in 2.5 times) in Betula pendula, Aesculus
hippocastanum and Picea pungens, which tend to match with the heavy metals accumulation
tempo.
Key words: woody plants, accumulation, heavy metals, diene conjugates, triene conjugates, TBA-
active products.
57
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2015. Т. 47. № 1
|