Изменение биохимических показателей древесных растений под воздействием формальдегида

Л.И. Бельчинская, Н.А. Ходосова
Воронежская государственная лесотехническая академия,
г. Воронеж

В воздухе большинства городов России отмечается значительное содержание карбонилов, в том числе формальдегида. Формальдегид выбрасывают в атмосферу ряд отраслей промышленности: нефтехимическая, производство пластмасс, лаков, красок, деревообрабатывающая и др.; значительное количество формальдегида выделяется при работе теплоэлектростанций, котельных, мусоросжигателей, автомобильного транспорта. Токсикологов и гигиенистов интересует биологическое действие формальдегида, так как доказано, что для многих живых организмов это сильнейший мутаген, влияющий на различные стадии клеточных циклов. Губительный эффект выбросов проявляется на растениях гораздо быстрее, поэтому изменение морфологии, биохимических показателей растительных объектов могут сигнализировать о возможной опасности для здоровья людей.

Загрязнение окружающей среды стало представлять реальную угрозу со второй половины прошлого века, а защитно-приспособительные возможности растений не могут адекватно возникать с такой же быстротой, поэтому устойчивость растений к стрессовым факторам определяется их способностью использовать уже действующие многообразные и сложные механизмы адаптаций к экстремальным факторам среды.

Целью работы является установление индикаторных свойств древесных растений по изменению биохимических показателей в присутствии паров формальдегида.

В качестве оценочных критериев рассматривали: содержание аминокислот, химический состав монотерпеновой части эфирных масел, количество хлорофилла в хвое и листьях древесных растений. Объектами исследования выступают выбраны лиственницы европейской, сосны обыкновенной, дуба черешчатого и березы повислой. Эти породы растений широко распространены в зеленой зоне Центрально-Черноземного региона.

Известно [1], что при стрессовых ситуациях, когда угнетены синтетические процессы, в растениях усиливаются гидролитические процессы с целью создания резерва аминокислот для синтеза белка, что является приспособительной реакцией, обеспечивающей восстановление синтетических процессов при репарации. В работе, опубликованной ранее [2], определялось содержание белковых аминокислот в составе хвои сосны обыкновенной, подверженной воздействию формальдегида и сравнивалось с контрольным вариантом. Общее количество аминокислот под действием формальдегида увеличивается на 8,3 % в сравнении с контролем. Представлена возможная схема взаимодействия аминокислоты лизина с формальдегидом. Согласно гипотезе Тарчевского И.А. [3], увеличение содержания аминокислот может быть результатом неспецифического изменения фотосинтетического метаболизма углерода вследствие дефицита АТФ в хлоропластах клеток, вызванного экстремальными воздействиями.

Для оптимального существования растениям необходимо получать сбалансированный набор макро- и микроэлементов, к которым относятся азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, медь, цинк, бор, марганец, молибден. Было исследовано содержание макро- (Ca, Mg) и микро- (Zn, Fe) элементов в хвое черенков лиственницы европейской, сосны обыкновенной, листьях черенков дуба черешчатого и березы повислой под влиянием паров формальдегида (концентрация 15 ПДКм.р.). Зеленые черенки исследуемых древесных пород обрабатывали в течение 3-х суток в фумигационной камере парами формальдегида, затем определяли содержание макро- и микроэлементов атомно-эмиссионным анализом. В таблице 1 показано изменение содержания микро- и макро элементов (в % к контролю) под воздействием паров формальдегида.

Таблица 1

Содержание микро- и макроэлементов (в % к контролю) в листьях и хвое побегов древесных растений под воздействием паров формальдегида (содержание элементов в контрольных образцах берется за 100 %)

Обработка черенков растений парами формальдегида приводит к снижению содержания как макро-, так и микроэлементов. В большей степени количественное изменение претерпевают магний и железо. Обработка формальдегидом практически не отражается на содержании микроэлементов в листьях черенков березы. Возможно, что изменение содержания микро- и макроэлементов в условиях фумигации их парами формальдегида происходит, во-первых, за счет повышения пассивного транспорта ионов в направлении меньшей концентрации при усилении проницаемости мембран. Во-вторых, возможно разрушение биохимических комплексов и перевод химических элементов в транспортную форму. Более интенсивный выход из листьев и хвои ионов магния под влиянием обработки формальдегидом по сравнению с ионами кальция объясняется прежде всего большим содержанием в растительных тканях в ионной форма магния (~ 90 %), чем кальция (~ 50 %). Рассчитав уменьшение суммы макро- и микроэлементов для каждой породы, установили, что устойчивость древесных пород к формальдегиду снижается в ряду: береза → дуб → сосна → лиственница.

Так как хвойные деревья менее устойчивы к токсичному воздействию загрязняющих веществ, проводили определение содержания компонентов монотерпеновой части эфирных масел в хвое сосны обыкновенной. Для опыта отобрано 40 черенков, которые разделили на две группы: одна являлась контрольной, а экземпляры второй группы фумигировались формальдегидом.

Используя концентрацию формальдегида 15 ПДКм.р. выбирали усредненные пробы от каждой партии и извлекали эфирное масло методом экстракции. Состав эфирного масла устанавливали методом газожидкостной хроматографии. Установили, что содержание в атмосфере формальдегида в количестве 15 ПДКм.р приводит к небольшим изменениям в эфирном масле сосновой хвои. Наблюдается повышение содержания b-пинена и мирцена за счет понижения количества лимонена и b-фелландрена.

Определяли влияние паров формальдегида на содержание хлорофилла в листьях древесных растений. Содержание хлорофилла в листьях является одним из показателей жизнедеятельности растений. Проводилось сравнение содержания хлорофилла в фумигированных формальдегидом и контрольных образцах: ели обыкновенной, сосны обыкновенной, лиственницы европейской, дуба черешчатого. Побеги каждой породы обрабатывали в фумигационной камере формальдегидом, концентрация которого составила 15 ПДКм.р., продолжительность фумигации 24 часа. Обработка побегов изученных древесных пород формальдегидом оказывает различное действие на содержание хлорофилла в хвое или листьях древесных пород. Для хвойных растений отмечается уменьшение содержания хлорофилла – в хвое сосны на 13 %, у ели – на 6 %, что подтверждает неустойчивость хвойных растений экзогенному формальдегиду. У лиственных растений изменения выражены крайне незначительно.

Таким образом, воздействие формальдегида на древесные растения сопровождается рядом отрицательных последствий: наблюдается возрастание процентного содержания аминокислот, что вызвано быстрой перестройкой белкового обмена в условиях негативного влияния формальдегида; отмечается тенденция к снижению содержания микро- и макроэлементов в листьях и хвое древесных растений; происходят изменения в количественном содержании компонентов эфирного масла хвойных растений; уменьшение содержания хлорофилла, играющего важную роль в процессе фотосинтеза;

Следовательно, совокупность полученных биохимических данных позволяет идентифицировать формальдегид как стресс-агент для хвойных (сосна, ель, лиственница) и лиственных (дуб черешчатый, береза повислая) пород древесных растений. Это позволит использовать древесные растения и, в большей степени хвойные породы, как биоиндикаторы экзогенного формальдегида, что является первой ступенью диагностирования влияния атмосферного воздуха на человеческий организм.

Список литературы

1. Николаевский В.С. Биологические основы газоустойчивости растений / В.С. Николаевский. – Новосибирск: Наука, 1979. -278с.

2. Новикова Л.А. Оценка экологического состояния древесных растений по содержанию белковых аминокислот / Л.А. Новикова, Н.А. Ходосова, А.А. Гавердовский, Л.И. Бельчинская // Высокие технологии в экологии: сб. тр. 8-й междунар. науч.-практ.конф., 18-20 мая 2005 г. / Воронеж. отделение Российской экологической академии. – Воронеж, 2005. – С. 225-229.

3. Тарчевский И.А. Влияние температуры на фотосинтетический метаболизм углерода / И.А. Тарчевский. – Физиология растений, 1964. - №2. – 232. – 239с.

Назад к списку