1. Малахова Е. С. Газоустойчивость и аккумуляционная

Кинетика замедленной флуоресценции растений при действии газовой
среды различного состава.
Колобова Е.А., Ефремов И.В.
Атмосферные
загрязнения
отрицательно
влияют
на
зеленые
насаждения, приводя к нарушениям физиологических и биохимических
процессов, вызывая повреждение листьев, общее ухудшение существования
и даже гибель растений. Вместе с тем, некоторые растения могут
произрастать на территории промышленных предприятий, адаптируясь к
действию газов. Обычно в зоне загрязнений одни виды растений сильно
повреждаются и даже гибнут, другие - резко снижают продуктивность,
третьи не имеют признаков повреждения и успешно выполняют функцию
очистки воздуха от вредных примесей. Имеются различия и в устойчивости
растений к отдельным вредным газам, парам и пыли. Проблема устойчивости
растений к атмосферным токсикантам в последнее время приобретает
особую
актуальность
и
практическую
направленность.
В
условиях
загрязненной атмосферы недостаточно создавать какие-либо зеленые
насаждения; они должны быть высокоустойчивыми, производительными и,
самое главное, служить надежным и емким фильтром, эффективно
очищающим воздух от газообразных и аэрозольных примесей.
В то же время создание новых и сохранение уже существующих
фитоценозов связано со значительными трудностями и не всегда приносит
ожидаемый эффект, а при сравнении имеющихся исследований установлено
наличие
значительных
рекомендуемых
для
расхождений
санитарно-защитных
в
определении
зон
различными
растений,
авторами
(Илюшин, 1953; Ионин, 1961; Кулагин, 1974; Кунцевич, 1957 и др.). В
различных
почвенно-климатических
условиях
растения,
несмотря
на
идентичность состава и концентрации токсических элементов в окружающей
среде,
накапливают
одновременно
в
своих
изменяется
органах
предельный
разное
количество
уровень
веществ;
безвредного
поражающего накопления фитотоксиканта в тканях листа [1].
или
В связи с этим, становится актуальным разработка надежных методов
контроля состояния фотосинтетического аппарата растений. К таким
методам необходимо предъявлять требования оперативности и точности
контроля. Одним из таких методов является метод регистрации замедленной
флуоресценции растений. В работающем фотосинтетическом аппарате сразу
после выключения освещения (что необходимо для регистрации ЗФ) имеется
весь набор состояний РЦ по степени разделения зарядов. Кинетика затухания
свечения в темноте зависит как от прямых реакций использования
разделенных зарядов в фотосинтетическом процессе (переход к более
стабильным состояниям), так и от обратных переносов зарядов, приводящих
к появлению в РЦ заряженной пары Р+680Фф- [3].
Сначала превалируют прямые процессы, а рекомбинирующие заряды
составляют малую долю от тех, которые используются в прямых реакциях. В
этот момент кинетика затухания ЗФ, естественно, определяется скоростью
прямого переноса заряда (временем перехода РЦ из данного состояния в
последующее). Свечение в этом случае называют свечением типа «утечки».
Такой механизм приемлем для описания кинетики затухания свечения в
микросекундной
области
регистрации.
Однако
современные
экспериментальные данные пока не позволяют четко соотнести переходы
между разными состояниями РЦ с наблюдаемыми кинетическими кривыми в
этой временной области.
В более поздние сроки на кинетику затухания ЗФ начинает влиять
процесс обратного переноса зарядов в РЦ. Излучение, кинетика затухания
которого полностью зависит от обратных реакций, называют излучением
«дезактивационного» типа. Оно полностью превалирует в излучении в
секундной и многосекундной временных областях регистрации ЗФ. В
«чистом» виде дезактивационное излучение наблюдается от объектов, у
которых электронный транспорт блокирован.
По характеристикам замедленной флуоресценции можно судить об
активности фотосинтетического аппарата целого растения, наблюдать его
реакции на факторы окружающей среды. Это возможно потому, что скорость
процесса, приводящего к генерации ЗФ, зависит от функционирования
каналов утилизации световой энергии в фотосинтезе. Метод регистрации ЗФ
является удобным и перспективным биофизическим методом, несущим
информацию о функционировании первичных реакций фотосинтеза. По
сравнению с другими методами метод замедленной флуоресценции
характеризуется высокой чувствительностью, интегральностью показателей,
возможностью проведения ранней диагностики. Суть метода заключается в
импульсном
освещении
листовой
пластинки
светом
и
регистрации
параметров затухания флуоресценции в течение темновой паузы. Предметом
исследований является изучение биофизических механизмов действия
газовой среды различного состава на фотосинтетический аппарат растений. В
качестве объектов исследований выбраны растения (тополь, клен, карагач),
произрастающие на территории г.Оренбурга. Растения для экспериментов
выращивались до состояния 5-6 листа на одинаковом типе почв. Затем
растения разбивались на две группы контрольную и опытную. Контрольные
растения помещались в камеру, заполненную обычным воздухом. Опытные
растения
помещались в камеру, заполненную газами
в различных
концентрациях. Эксперименты проводились последовательно с различными
газами и различными растениями из опытной группы. В качестве газов
использовались окись азота, сернистый ангидрид, сероводород. После
выдержки в камере в течении суток, с проростков удаляли листья и
проводили измерения замедленной флуоресценции (ЗФ) листовых пластинок.
Все
эксперименты
проводились
в
пятикратной
повторяемости.
Для
измерения использовалась установка регистрации ЗФ (патент № 2220412 от
27 декабря 2003г. авторы: Ефремов И.В., Быкова Л.А.)[2]. Устройство для
регистрации
замедленной
фотоэлектронный
флуоресценции
умножитель,
включает
предварительный
блок
питания,
усилитель,
основной
усилитель импульсов, счетчик импульсов, светонепроницаемую камеру,
источник света, блок управления измерительным трактом. Емкость для
исследуемого объекта снабжена кюветой, выполненной из светопроводящего
материала. Благодаря такой конструкции удается повысить квантовый выход
замедленной флуоресценции, так как в данном случае регистрируются
импульсы, излучаемые обеими поверхностями листовой пластинки.
Как следует из анализа полученных результатов при действии
сероводорода отмечается монотонное снижение параметров замедленной
флуоресценции для тополя вплоть до концентрации 20 мг/м3. Иной ход
кривых отмечен для клена и карагача. Так для карагача отмечается рост
замедленной флуоресценции с ростом концентрации вплоть до значений 15
мг/м3 с последующим снижением замедленной флуоресценции. Вместе с тем
для клена можно отметить монотонное снижение параметров замедленной
флуоресценции по сравнению с контролем (при концентрации 5 мг/м3) и
последующим ростом замедленной флуоресценции.
При
действии
сернистого
ангидрида
отмечается
монотонное
возрастание параметров замедленной флуоресценции с ростом концентрации
сернистого ангидрида в воздухе. Вместе с тем следует отметить значительное
различие в диапазонах изменения замедленной флуоресценции у указанных
выше растений. Так с увеличением концентрации сернистого ангидрида
диапазон изменения замедленной флуоресценции для карагача составляет 50
относительных единиц, для клена – 180, для тополя – 200. Следует отметить
резкий подъем замедленной флуоресценции при концентрации сернистого
ангидрида у тополя – 0,015 мг/м3, а у клена порядка 0,005 мг/м3, что
свидетельствует об изменении в состоянии фотосинтетического аппарата
указанных растений.
Действие окислов азота сопровождается повышением замедленной
флуоресценции всех трех растений с ростом концентрации окислов азота.
Наиболее резкое повышение замедленной флуоресценции для тополя
соответствует концентрации 0,03 мг/м3, для клена при концентрации 0,02
мг/м3.
Отмечено так же увеличение дисперсии сигнала замедленной
флуоресценции с ростом концентрации действующего газа. Это может
являться дополнительным параметром, позволяющим определить изменения
в фотосинтетическом аппарате растений. Так, например, замедленная
флуоресценция имеет вид, характеризующийся подъемом и спадом при
высоких концентрациях, то есть, низким и высоким концентрация газов
соответствуют одинаковые значения замедленной флуоресценции. Но
дисперсия
замедленной
флуоресценции
растений
при
высоких
концентрациях выше чем при низких концентрациях действующих газов. Это
увеличение
дисперсии
может
являться
дополнительным
показателем
негативного действия газовой среды.
Значимость данного метода заключается в том, что он позволяет
оперативно оценивать состояние фотосинтетического аппарата растения при
различном составе газовой среды, определять начало изменения в
фотосинтетическом
аппарате
еще
до
наступления
морфологических
изменений листовой пластинки растения.
Список использованной литературы:
1. Малахова Е. С. Газоустойчивость и аккумуляционная способность
растений в техногенной среде нефтехимических предприятий Западной
Сибири (На примере ОАО «Техуглерод») : Дис. ... канд. биол. наук : 03.00.16
: Омск, 2004 222 c. РГБ ОД, 61:05-3/365
2. Ефремов И.В., Быкова Л.А. Разработка методики оценки влияния
гербицидов на фотосинтетический аппарат растительных тканей: Вестник
Оренбургского Государственного Университета № 1.-Оренбург: ОГУ, 2004.С. 128-132
3. Ефремов И.В. Исследование экологического статуса систем «почварастение» степной зоны при антропогенном воздействии : Дис. … докт.
биол.наук :03.02.08, 03.01.02: Тольятти, 2011.341с.