close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Гормезис и парадоксальные эффекты у растений в условиях автотранспортного загрязнения и при действии поллютантов в эксперименте

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
ЕРОФЕЕВА ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА
ГОРМЕЗИС И ПАРАДОКСАЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ У РАСТЕНИЙ
В УСЛОВИЯХ АВТОТРАНСПОРТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ
И ПРИ ДЕЙСТВИИ ПОЛЛЮТАНТОВ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
03.02.08 – экология (биологические науки)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Нижний Новгород
2017
Работа выполнена на кафедре экологии Института биологии и биомедицины
федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего
образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный
университет им. Н.И. Лобачевского»
Официальные оппоненты:
доктор биологических наук, профессор, директор
института медицины и естественных наук,
заведующая кафедрой экологии Марийского
государственного университета, г. Йошкар-Ола
Воскресенская Ольга Леонидовна
доктор биологических наук, старший научный
сотрудник, заведующий кафедрой биологии и
технологий живых систем Тульского
государственного педагогического университета
им. Л.Н. Толстого Иванищев Виктор Васильевич
доктор биологических наук, профессор, главный
научный сотрудник лаборатории лесоведения
Уфимского института биологии РАН
Кулагин Андрей Алексеевич
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное учреждение
науки «Институт фундаментальных проблем
биологии» РАН, г. Пущино
Защита диссертации состоится «____» __________ 2017 г. в ___ часов на заседании
диссертационного совета Д212.166.12 при ННГУ по адресу: 603950 г. Нижний
Новгород, пр. Гагарина, д. 23, корп. 1, ауд. 321.
факс: (831)462-30-85
E-mail: dis212.166.12@gmail.com
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ННГУ и на сайте ННГУ по адресу:
https://diss.unn.ru/files/2016/640/diss-Erofeeva_-640.pdf, с авторефератом – на сайте
ВАК России по адресу: http://vak.ed.gov.ru/dis-list/.
Автореферат разослан «___» _________________________2016 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Д212.166.12, кандидат
биологических наук
Н.И. Зазнобина
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы и степень ее разработанности. Растения ведут прикрепленный
образ жизни и неспособны избегать воздействия неблагоприятных факторов, в связи
этим различные показатели растений широко используются в биоиндикации для
оценки качества окружающей среды (Экологический …, 1995). Во многих случаях
биоиндикация базируется на представлениях токсикологии о том, что зависимости
доза-эффект для параметров состоянии организма в подавляющем большинстве
случаев являются монотонными (Куценко, 2002; Батян и др., 2009 и др.), то есть при
увеличении уровня антропогенной нагрузки с высокой вероятностью будет
наблюдаться только ухудшение биоиндикационных показателей растений, поэтому
их значение отражает качество окружающей среды (Опекунова, 2004; Чеснокова,
2007; Мелехова и др., 2007 и др.).
В последние годы в области токсикологии все большее признание получают
представления о том, что немонотонные ответы живых организмов, при которых
происходит изменение направления отклика биосистемы при возрастании силы
воздействующего фактора, встречаются не менее часто, чем классические
монотонные зависимости доза-эффект (S-образные; экспоненциальные) (Calabrese,
2008; Kefford et al., 2008; Батян и др., 2009 и др.). Немонотонные зависимости дозаэффект описываются немонотонными функциями, то есть функциями, имеющими
экстремумы (максимумы или минимумы), при этом они могут достигаться только
внутри области определения функции, концы сегментов области определения не
могут служить точками, в которых функция принимает экстремум (Математическая
…, 1985; Баврин, 2002).
К немонотонным зависимостям доза-эффект относятся гормезис (Сedergreen et
al., 2007; Calabrese, 2008) и парадоксальные эффекты (Schatz 1999; Батян и др., 2009).
Гормезис представляет собой двухфазную зависимость доза-эффект, при которой
низкие дозы воздействующего фактора оказывают стимулирующее (положительное)
влияние на биологический объект, а высокие дозы фактора оказывают
ингибирующее, то есть повреждающее воздействие (Эйдус, 2005; Calabrese, 2008). К
парадоксальным эффектам относятся зависимости доза-эффект (двухфазные или
многофазные), при которых увеличение дозы токсиканта приводит к снижению его
повреждающего воздействия и, наоборот, снижение дозы токсиканта увеличивает его
повреждающий эффект (Булатов и др., 2002; Батян и др., 2009). Существующее
определение парадоксальных эффектов фактически охватывает все варианты
немонотонных зависимостей доза-эффект, кроме двухфазной горметической кривой.
Систематическое изучение распространения и закономерностей возникновения
парадоксальных эффектов и гормезиса у растений при действии антропогенной
нагрузки до сих пор не проводилось, несмотря на то, что исследование этой проблемы
имеет важнейшее значение для теории и практики в экологии.
3
В связи с быстрым ростом автотранспортного парка автотранспортное
загрязнение является одним из основных видов антропогенного воздействия в
крупных городах (Белкина, 2008), в том числе и для таких видов-биоиндикаторов как
береза повислая (Betula pendula Roth) (Samecka-Cymerman et al., 2009; Гуськов и др.,
2000; Захаров и др., 2000), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) (Кавеленова, 2002;
Velickovic, 2010; и др.) и одуванчик лекарственный (Taraxacum officinale Wigg.)
(Евсеева и др., 2002; Савинов, 2003; Джамбетова и др., 2005), ценопопуляции которых
в условиях урбанизированных территорий достаточно часто располагаются вблизи
автодорог с различным уровнем загрязнения. Следует отметить, что данные виды
представлены разными жизненными формами (древесные и травянистые растения).
Кроме того, вышеуказанные виды древесных растений (B. pendula и T. cordata)
различаются устойчивостью к воздействию оксидов серы и азота (Смит, 1985),
содержащихся в выхлопах автотранспорта (Денисов, Рогалев, 2005). Все это и
определило выбор данных видов-биоиндикаторов для настоящего исследования.
В биоиндикации используются морфологические и физиолого-биохимические
показатели растений, которые имеют разное значение для процесса фенотипической
адаптации растительного организма к загрязнению окружающей среды. К таким
показателям, в частности, относятся флуктуирующая асимметрия (ФА)
морфологических признаков листа (Захаров и др., 2000; Гелашвили и др., 2004 и др.),
интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) (Гуськов и др., 2000; Савинов
и др., 2007), содержание фотосинтетических пигментов (Carreras et al., 1996; Pignata et
al., 1999; Кулагин, Шагиева, 2005 и др.), фенологические показатели (Kozlov et al.,
2009; Honour et al., 2009 и др.) и параметры семенного размножения растений
(Евсеева и др., 2002; Савинов, 2003 и др.). В то же время вопрос о том, насколько
согласованно изменяются различные биоиндикационные показатели растений при
хроническом воздействии антропогенной нагрузки в широком диапазоне значений, до
сих пор остается практически неисследованным.
Изменение вышеуказанных параметров растений при антропогенной нагрузке
во многом определяется состоянием защитных систем растительного организма,
важнейшими из которых являются антиоксидантная система, контролирующая
перекисный гомеостаз растения (Полесская,2007), а также механизмы детоксикации
ксенобиотиков, в том числе синтез защитных пептидов богатых сульфгидрильными
группами (глутатиона, фитохелатинов, металлотионеинов) (Квеситадзе и др., 2005;
Титов и др., 2007). В связи с этим для понимания закономерностей адаптационных
реакций растений необходимо сопоставить состояние данных защитных систем с
изменение различных биоиндикационных показателей растений.
В условиях урбоэкосистем на растение воздействует целый комплекс
поллютантов, что затрудняет проведение сравнительного анализа эффектов
отдельных загрязнителей различной химической природы. Кроме того, в условиях
4
города исследователь ограничен в выборе диапазона нагрузки, интервала между ее
отдельными значениями, а также не может в высокой степени исключить влияние
неучтенных факторов среды. В связи с этим необходимо параллельно с
исследованиями в условиях урбанизированной территории изучать в эксперименте
закономерности изменения эколого-морфологических и физиолого-биохимических
показателей растений при действии отдельных поллютантов различной химической
природы в широком диапазоне доз (от сублетальных доз до величин в десятки раз
меньших).
В связи с выше изложенным в настоящей работе было проведено исследование
распространения и закономерностей возникновения гормезиса и парадоксальных
эффектов для эколого-морфологических и физиолого-биохимических показателей у
трех видов-биоиндикаторов (B. pendula, T. cordata, T. officinale) при действии
автотранспортного загрязнения в условиях урбанизированной территории, а также
при воздействии отдельных поллютантов (солей тяжелых металлов – Pb, Cd, Cu, Mn,
формальдегида, гербицида Глифоса и хлорида натрия) на эволюционно отдаленные
виды растений (T. aestivum и P. sativum) в эксперименте. Для экспериментального
исследования были выбраны поллютанты, имеющие различную химическую природу
и механизм токсического действия на растения. Большинство из них являются
широко распространенными загрязнителями придорожных территорий (Pb, Cd, Cu,
формальдегид, хлорид натрия) (Денисов, Рогалев, 2005), другие – промышленных зон
(Mn) (Васильев, Чащин, 2011) и сельскохозяйственных угодий (гербициды на основе
глифосата) (Steinrücken, Amrhein, 1980; Cox, 1998).
Цель исследования. Изучение частоты встречаемости и закономерностей
возникновения парадоксальных эффектов и гормезиса эколого-морфологических и
физиолого-биохимических показателей у видов растений, используемых в
биоиндикации (B. pendula, T. cordata, T. officicnale), при действии автотранспортного
загрязнения в условиях урбанизированной территории (на примере г. Нижнего
Новгорода), а также при воздействии поллютантов разной химической природы в
широком диапазоне доз на эволюционно отдаленные виды растений (T. aestivum, P.
sativum) в эксперименте.
Задачи исследования:
1.
Провести
многолетние
исследования
зависимостей
экологоморфологических (ФА листа) и физиолого-биохимических (интенсивности ПОЛ,
содержания фотосинтетических пигментов, показателей феноритмов и семенного
размножения) параметров древесных и травянистых растений-биоиндикаторов от
уровня автотранспортного загрязнения в широком диапазоне значений на примере B.
pendula, T. cordata и T. officinale, произрастающих вблизи автодорог г. Нижнего
Новгорода.
5
2. Изучить изменение эколого-морфологических и физиолого-биохимических
показателей листа (ФА, интенсивности ПОЛ, содержания фотосинтетических
пигментов) в течение его онтогенеза на примере ценопопуляций B. pendula,
испытывающих различный уровень автотранспортного загрязнения на территории г.
Нижнего Новгорода.
3. Изучить зависимости показателей состояния защитных систем (пероксидазной
активности, содержания общего белка и суммарного количества сульфгидрильных
групп защитных пептидов) от уровня автотранспортного загрязнения у видов
древесных растений, различающихся устойчивостью к химическому загрязнению, на
примере B. pendula и T. cordata, произрастающих на территории г. Нижнего
Новгорода.
4. В условиях экспериментального моделирования антропогенной нагрузки на
примере хронического изолированного воздействия поллютантов различной
химической природы (солей тяжелых металлов – Pb, Cd, Cu, Mn, формальдегида,
гербицида Глифоса (действующее вещество – глифосат) и хлорида натрия) в широком
диапазоне доз (от сублетальных до в десятки раз меньших) изучить закономерности
изменения эколого-морфологических и физиолого-биохимических показателей (ФА
листа, интенсивности ПОЛ, содержания фотосинтетических пигментов, линейных
размеров растений) у эволюционно отдаленных видов растений: гороха посевного
(Pisum sativum L.) и пшеницы мягкой (Triticum aestivum L.).
5. На основе совокупности данных исследования предложить возможные
механизмы формирования гомезиса и парадоксальных эффектов у растений при
действии химического загрязнения окружающей среды в широком диапазоне
значений.
6. Разработать новые подходы к выбору биоиндикационных показателей
растений, учитывающие концепцию гормезиса и парадоксальных эффектов, а также
выявить среди изученных показателей B. pendula, T. cordata и T. officinale параметры,
соответствующие предлагаемым подходам.
Научная новизна. Впервые показано, что при действии автотранспортного
загрязнения в условиях урбанизированной территории и изученных поллютантов в
эксперименте в широком диапазоне значений парадоксальные эффекты являются
наиболее распространенным типом зависимости доза-эффект по сравнению с
гормезисом и монотонными ответами среди выявленных зависимостей
исследованных показателей B. pendula, T. cordata, T. officinale, T. aestivum и P.
sativum. Впервые установлено, что немонотонные ответы наиболее характерны для
биохимических показателей, которые непосредственно регулируют состояния
растения при фенотипической адаптации к загрязнению (интенсивности ПОЛ).
Впервые показано, что из двух изученных видов древесных растений (B. pendula и T.
cordata), монотонное ухудшение показателей (снижение семенной продуктивности,
6
стабильности развития листа, скорости выхода из состояния зимнего и окончания
вегетации) при возрастании потока автотранспорта чаще наблюдалось у вида более
чувствительного к газообразным поллютантам выхлопов автотранспорта – B. pendula.
Впервые продемонстрировано, что исследованные показатели у изученных видов
растений при действии автотранспортного загрязнения в условиях города (или
отдельных поллютантов в эксперименте) могут иметь различные типы зависимостей
доза-эффект (гормезис, парадоксальный эффект или монотонный ответ). Кроме того,
выявлены межгодовые различия типа зависимости доза-эффект (гормезис,
парадоксальный эффект или монотонный ответ) для одного и того же показателя у
данного вида в условиях города. Впервые показано, что при действии изученных
поллютантов в эксперименте на растения (T. aestivum, P. sativum) значительное
линейное нарушение исследованных показателей (в 2 и более раза по сравнению с
контролем) наблюдалось только в области сублетальных концентраций токсикантов,
а меньшие концентрации приводили к умеренному отклонению изученных
параметров при парадоксальных эффектах (не более чем на 62%). Впервые при
возрастании уровня автотранспортного загрязнения в условиях урбанизированной
территории у изученных видов древесных растений (B. pendula, T. cordata) выявлено
как увеличение «активности» защитных систем (оценено по пероксидазной
активности и суммарному количеству сульфгидрильных групп защитных пептидов),
так и немонотонное («колебательное») изменение активности защитной системы,
соответствующее
парадоксальному
эффекту.
Впервые
при
действии
автотранспортного загрязнения в условиях урбанизированной территории и
поллютантов в эксперименте продемонстрировано, что гормезис и парадоксальные
эффекты у изученных видов растений могут являться различными участками одной и
той же зависимости показателя от уровня загрязнения (концентрации токсиканта в
растворе), что может быть обусловлено существованием у растений различных
уровней функционирования организма. Предложена гипотеза, описывающая
механизм возникновения гормезиса и парадоксальных эффектов у растений, как
взаимосвязанных явлений. Разработаны новые подходы к выбору биоиндикационных
показателей растений, учитывающие концепцию гормезиса и парадоксальных
эффектов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Выявленное нами
широкое распространение немонотонных ответов у разных видов растений, связь
частоты встречаемости немонотонных ответов с диапазоном толерантности вида к
действию экологического фактора, существование у растений, так же как и у
животных множества уровней функционирования организма, асинхронное изменение
параметров организма растения при увлечении интенсивности антропогенной
нагрузки, различные «стратегии» изменения состояния защитных систем растений в
условиях техногенного пресса, продемонстрированные в нашем исследовании,
7
являются универсальными и, следовательно, имеют фундаментальное значение для
развития представлений факториальной экологии. Практическое значение работы
состоит в том, что нами предложены новые подходы к выбору биоиндикационных
показателей растений, учитывающие концепцию гормезиса и парадоксальных
эффектов у биосистем, что позволит повысить надежность оценки качества
окружающей среды. Установлены параметры исследованных видов растений,
которые в различные годы наблюдения имели только монотонные зависимости от
уровня автотранспортного загрязнения и в связи с этим могут быть рекомендованы в
качестве надежных биоиндикационных показателей.
Методология и методы исследования. В исследовании использованы методы
экологии, токсикологии, биохимии и физиологии растений и методы статистической
обработки данных.
Соответствие паспорту научной специальности. Научные положения и
результаты исследования соответствуют шифру специальности 03.02.08 - экология, а
именно - факториальной и прикладной экологии.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Как в условиях автотранспортного загрязнения, так и при хроническом
изолированном воздействии поллютантов различной химической природы все
изученные показатели разных видов растений (B. pendula, T. cordata, T. officinale, T.
aestivum, P. satvum) могут изменяться как монотонно, так и немонотонно. При этом
среди выявленных зависимостей доза-эффект немонотонные ответы встречаются с
такой же частотой, как и монотонные ответы или чаще и среди них значительно
преобладают парадоксальные эффекты.
2. Наиболее часто немонотонно изменяются параметры изученных видов
непосредственно участвующие в повышении устойчивости к действию как отдельных
поллютантов, так и автотранспортного загрязнения (интенсивность ПОЛ, содержание
фотосинтетических пигментов). На фоне этого при возрастании уровня загрязнения
может наблюдаться монотонное ухудшение показателей растений менее актуальных
для выживания в стрессовых условиях (увеличение флуктуирующей асимметрии
листа, снижение семенной продуктивности, нарушение фенологических ритмов,
снижение линейных размеров растения).
3. Частота встречаемости немонотонных зависимостей доза-эффект
определяется не только типом изучаемых показателей растений, но и устойчивостью
данного вида растений к антропогенной нагрузке. Среди изученных видов чаще
немонотонные ответы выявляются у видов более устойчивых к техногенной нагрузке
(T. cordata и T. officinale).
4. Изученные показатели у одного и того вида-биоиндикатора (B. pendula, T.
cordata, T. officinale) могут иметь различные типы зависимостей (гормезис,
парадоксальный эффект, монотонный ответ) от интенсивности автотранспортного
8
загрязнения в данном сезоне наблюдений. Кроме того, могут наблюдаться
межгодовые различия типа зависимости доза-эффект (гормезис, парадоксальный
эффект, монотонный ответ) для одного и того же биоиндикационного показателя.
5. В условиях урбанизированной территории у B. рendula, произрастающей
вдоль автодорог, содержание фотосинтетических пигментов, интенсивность ПОЛ и
величина ФА листа изменяются в процессе его развития, при этом характер
изменений зависит от уровня автотранспортного загрязнения и сезонного хода
среднесуточной температуры воздуха.
6. В условиях эксперимента сублетальные концентрации изученных
поллютантов разной химической природы вызывают значительное линейное
нарушение изученных параметров T. aestivum и P. sativum (в 2 и более раза), за
исключением содержания пигментов. Концентрации же меньшие сублетальных
значений приводят к умеренному отклонению изученных параметров растений от
контрольного уровня как при гормезисе, так и при парадоксальных эффектах (не
более чем на 62%).
7. При увеличении уровня автотранспортного загрязнения выявлены две
различные «стратегии поведения» изученных показателей защитных систем B.
pendula и T. cordata (пероксидазной активности и суммарного количества
сульфгидрильных групп защитных пептидов): 1) монотонное увеличение
«активности» системы; 2) немонотонное («колебательное») изменение активности
защитной системы, соответствующее парадоксальному эффекту, что указывает на
участие различных защитных механизмов в адаптации к разным уровням техногенной
нагрузки.
8. Гормезис и парадоксальных эффекты исследованных показателей у изученных
видов растений, как при действии автотранспортного загрязнения в условиях
урбанизированной территории, так и отдельных токсикантов в эксперименте
являются взаимосвязанными явлениями. Предложена гипотеза, описывающая
механизм возникновения гомезиса и парадоксальных эффектов на уровне организма
растений как взаимосвязанных явлений.
Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности
результатов подтверждена большим количеством обработанных образцов и
объективными методами математической обработки данных. Результаты
исследований и основные положения диссертационной работы были представлены на
международной конференции «Современная физиология растений: от молекул до
экосистем» (Сыктывкар, 2007), International Conference «Light Energy Conversion in
Photosynthesis» (Puschino, 2008), международной конференции «Экологические
проблемы бассейнов крупных рек - 4» (Тольятти, 2008), международной конференции
"Математика. Компьютер. Образование" (Москва, 2009), всероссийской конференции
с международным участием «Принципы и способы сохранения биоразнообразия».
9
(Йошкар-Ола,
2010),
международной
научно-практической
экологической
конференции «Видовые популяции и сообщества в естественных и антропогенно
трансформированных ландшафтах: состояние и методы его диагностики» (Белгород,
2010), международной конференции «Экосистемы, организмы, инновации-11»
(Москва, 2010), всероссийской научно-практической конференции с международным
участием «Актуальные проблемы современной науки и образования» (Уфа, 2010), VII
съезде Общества физиологов растений «Физиология растений – фундаментальная
основа экологии и инновационных биотехнологий» (Нижний Новгород, 2011),
всероссийском симпозиуме «Экология мегаполисов: фундаментальные основы и
инновационные технологии» (Москва, 2011), IV съезде биофизиков (Нижний
Новгород, 2012).
Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 57 работ, из них 22 – в
изданиях, рекомендованных ВАК РФ, в том числе 12 – в изданиях, включенных в
базы Scopus и/или Web of Science.
Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на
__184___ страницах. Работа состоит из введения, 3 основных разделов, заключения,
выводов, цитированной литературы. В работе приведено 67 рисунков и 17 таблиц.
Список цитированной литературы включает в себя _335____ источников, в том числе
_201__ - иностранных авторов.
Личный вклад автора. Автор выполнил аналитический обзор литературы,
осуществлял планирование и выполнение исследований, обработку и интерпретацию
полученных результатов, написание работы. Личный вклад автора в данное
исследование составляет не менее 90%.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Обзор литературы
В данном разделе на основе данных отечественных и зарубежных авторов
рассмотрена проблема гормезиса и парадоксальных эффектов у растений при
действии различных факторов среды, в том числе химических загрязнителей, а также
современная интерпретация эколого-биологического значения данных феноменов и
гипотетические механизмы их развития.
На основе многочисленных литературных источников проведен анализ
изменения изученных эколого-морфологических и физиолого-биохимических
параметров растений в условиях химического загрязнения окружающей среды, а
также при изолированном и комбинированном воздействии различных поллютантов в
эксперименте. Проведено описание автотранспортного загрязнения в условиях
урбанизированных территорий. Дана природно-географическая и экологическая
характеристика г. Нижнего Новгорода.
10
СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Материалы и методы исследований
1.1. Исследование показателей состояния растений в условиях г. Нижнего
Новгорода
B. pendula. В 2007-2013 гг. изучали зависимости показателей B. pendula от
величины потока автотранспорта. Сбор листьев проводили на 9-10 участках,
расположенных на расстоянии 1-4 м автодорог нагорной части города с разным
уровнем нагрузки. Контрольный участок находился в 20 км к северу от города в
районе п. Киселиха. Сбор листьев проводили во второй половине июля с
укороченных побегов незатененных участков нижней части кроны деревьев
генеративного возраста со стороны автодороги.
В 2007 г. при изучении изменения показателей листа в течение его онтогенеза
сбор листьев проводили 5 раз с одних и тех же пронумерованных деревьев: 1) в
период роста развернувшегося листа: в конце мая (28.05.2007г.), в середине июня
(13.06. 2007г.), в конце июня (26.06.2007г.); 2) при достижении большинством
листьев зрелого состояния (вторая декада июля – 19.07.2007г.); 3) при старении листа
(середина сентября – 13.09.2007г.) на территории Нижегородского Кремля и пр.
Гагарина в районе ост. Университет.
Для оценки величины флуктуирующей асимметрии (ФА) листа B. pendula на
каждом участке собирали по 10 листьев с каждого из 10 деревьев (n=100). Листья
сканировали и измеряли стандартный набор из 5 морфологических признаков
листовой пластинки (Захаров и др., 2000) у электронных изображений в программе
Adobe Photoshop. Интегральный показатель ФА листовой пластинки рассчитывали по
алгоритму нормированной разности (Захаров и др., 2000).
A=
1 m n Lij  Rij 

m  n i=1 j=1 Lij + Rij 
,
где: Lij и Rij значение j-го признака у i-го листа, соответственно, слева и справа
от плоскости симметрии; m – количество анализируемых признаков; n – объем
выборки листьев.
Биохимические показатели определяли для каждого дерева в объединенной
пробе из фрагментов 30-35 листьев данного дерева (1 биологическая повторность). На
каждом участке оценивали биохимические показатели 10 деревьев (10 биологических
повторностей, n=10). Интенсивность перекисного окисления липидов оценивали
методом абсорбционной спектрофотометрии по содержанию малонового диальдегида
(Heath, Packer, 1968; Камышников, 2002), диеновых конъюгатов (Стальная, 1977), а
также оснований Шиффа (Волчегорский, Налимов, 1989).
11
Содержание хлорофиллов и каротиноидов в листе B. рendula определяли
согласно стандартной методике путем экстрагирования пигментов 80% ацетоном
(Lichtenthaler, 1987; Гавриленко, Жигалова, 2003). Общий белок в листе B. рendula
определяли по Bradford (1976), а суммарное содержание сульфгидрильных групп – по
Ellman (1959). Активность гваякол-зависимых пероксидаз (общая пероксидазная
активность) была оценена по Ridge I. и Osborn D.J. (1971) в модификации Шевяковой
Н.И. с соавт. (2002).
Выход из состояния зимнего покоя оценивали по доле распустившихся почек в
объединенной выборке почек для 10 деревьев каждого участка (100 почек х 10
деревьев; n=1000). Окончание вегетации определяли по доле узлов побегов без
листьев в объединенной выборке узлов побегов для 10 деревьев каждого участка (100
узлов х 10 деревьев; n=1000). Семенную продуктивность определяли по доле
укороченных побегов с соплодиями в объединенной выборке укороченных побегов
для 10 деревьев каждого участка (100 побегов х 10 деревьев; n=1000). Данные
методики оценки фенологических показателей и семенной продуктивности древесных
растений были разработаны нами (Ерофеева, 2010; Ерофеева, 2011; Erofeeva, 2014a;
Erofeeva, 2014b).
T. cordata. В 2010-2014 гг. изучали зависимости показателей T. cordata от
величины потока автотранспорта (аналогично описанным выше параметрам B.
pendula). Контрольный участок находился в нагорной части города на территории
лесопарка «Щелковский хутор».
Т. officinale. Для изучения зависимостей показателей Т. officinale от величины
потока автотранспорта сбор листьев проводили у растений генеративного возраста в
течение трех сезонов (2010-2012 гг.) в конце мая - начале июня в ценопопуляциях,
расположенных на 8-9 участках вдоль автодорог нагорной части города с разной
нагрузкой. Контрольный участок располагался на территории лесопарка
«Щелковский хутор». Биохимические показатели (интенсивность ПОЛ, содержание
хлорофиллов и каротиноидов) определяли, как описано выше (n=10).
При определении показателей семенного размножения в каждой
ценопопуляции закладывали 8 пробных площадок (1х1 м). На каждой пробной
площадке собирали 5 соплодий – по одному с 5 разных растений (n=40). Определяли
общее количество семянок в соплодии, количество нормально развитых и
недоразвитых семянок в соплодии, массу 50 нормально развитых семянок (Савинов,
2003).
Уровень автотранспортного загрязнения оценивали по величине потока
автотранспорта (Методика …, 1993), который варьировал в пределах нескольких
десятков раз. Ранее нами установлено, что величина потока автотранспорта имеет
сильную положительную корреляцию с максимальным разовым выбросом основных
поллютантов выхлопов автотранспорта (оксидами серы, азота, углерода,
12
углеводородами, формальдегидом, сажей), рассчитанным на основе интенсивности
потока, скорости и вида автотранспортных средств, а также рассеивания поллютантов
в атмосфере с помощью программы Автомагистраль ПП ZBASE (r=0.79-0.85; p<0.05).
1.2. Исследование влияния поллютантов на состояние растений в условиях
эксперимента
T. aestivum (сорт Московская 39). В каждой серии изучали изолированное
хроническое воздействие поллютантов на состояние растений. Были изучены
следующие диапазоны концентраций токсикантов (от сублетальных концентраций до
значений меньших на несколько порядков): 3.13·10-4–1.28 г/л нитрата свинца, 3.13·104
–0.08 г/л сульфата кадмия, 7.81·10-5–0.32 г/л сульфата меди, 1.25·10-3–5.12 г/л
сульфата марганца, 1.56·10-4–0.08 г/л формальдегида, 2.44·10-6–0.01 г/л гербицида
Глифоса и 0.25·10-2–5.12 г/л хлорида натрия. Растения выращивали в течение 8 дней
на растворах токсиканта (опытные группы) или дистиллированной воде (контрольная
группа). В каждой группе растения выращивали в 5 чашках Петри (60 проростков в
каждой) на подложке из фильтровальной бумаги, смоченной раствором. Растворы
заменяли каждый день на свежие. У семидневных проростков в первом листе
определяли интенсивность ПОЛ (по содержанию МДА) и уровень хлорофиллов и
каротиноидов (n=10; 1 биологическая повторность – объединенные фрагменты
листьев 5-6 растений) согласно вышеописанным методикам. Линейные размеры
корневой системы и побега, а также их сухую биомассу определяли у 30 растений
каждой группы.
P. sativum (сорт Альбумен). В каждой серии изучали хроническое
изолированное воздействие токсикантов на состояние растений. Были изучены
следующие диапазоны концентраций токсикантов: 0.63·10-3–0.16 г/л нитрата свинца,
1.56·10-4–0.08 г/л формальдегида. В каждой группе горох выращивали в 4 сосудах
объемом 250 мл (по 15 растений в 1 сосуде) на растворе Кнопа с добавлением
токсиканта (опыт) либо без него (контроль). На семнадцатые сутки определяли
асимметрию листочков третьего листа гороха (n=20), линейные размеры корневой
системы и побега (n=30), содержание МДА и пигментов (n=10; в третьем листе
согласно вышеуказанным методикам.
Для анализа данных использовали параметрические (t-критерий Стьюдента с
поправкой Бонферрони, однофакторный и многофакторный дисперсионный анализ,
регрессионный анализ, корреляционный анализ по Пирсону) и непараметрические (Tкритерий Манна-Уитни, критерии Крускалла-Уоллеса, Данна, Фридмана, НьюменаКейлса, корреляционный анализ по Спирмену) методы статистики. Расчеты
проводили с помощью программ Microsoft Excel, БИОСТАТИСТИКА 4.3 и
STATISTICA 6.0 и 10.
13
2. Результаты и их обсуждение
2.1. Многолетний анализ зависимости биоиндикационных экологоморфологических и физиолого-биохимических показателей B. pendula, T. cordata
и T. officinale от уровня автотранспортного загрязнения
Развитие гормезиса и парадоксальных эффектов у растений-биоиндикаторов
при действии антропогенной нагрузки в условиях урбанизированной территории
может привести к неадекватной оценке качества среды, поэтому изучение
распространения и закономерностей развития этих явлений представляется крайне
важным.
Для исследования были выбраны показатели растений, используемые для целей
биоиндикации и в тоже время имеющие разное значения для фенотипической
адаптации организма растения к загрязнению.
B. pendula. Зависимости содержания МДА в листе от уровня загрязнения были
выявлены во все годы наблюдения (2007-2013гг.) В подавляющем большинстве
случаев (2007-2012 гг.) данные зависимости относились к парадоксальным эффектам
(рис. 1). И только в 2013 г. содержание МДА линейно возрастало по сравнению с
контролем при увеличении потока автотранспорта. В этот же период времени
зависимости хлорофиллов и каротиноидов от интенсивности потока автотранспорта
были получены только в отдельные сезоны наблюдения (2007 и 2012 гг.). Все они
являлись парадоксальными эффектами (данные не представлены на рисунках). ФА
листа во все годы наблюдения зависела от интенсивности автотранспортного
загрязнения (2007-2008 и 2010-2012гг.). В большинстве случаев было выявлено
монотонное возрастание этого показатели при увеличении потока автотранспорта
(2008, 2010-2011 гг.) (рис. 2б). И только в 2007 и 2012гг. были выявлены
парадоксальный эффект (рис.2а) и гормезис (рис. 2в ).
Анализ в течение 5 лет (2010-2014 гг.) зависимости фенологических
показателей, а также семенной продуктивности от уровня автотранспортного
загрязнения показал, что данные параметры в подавляющем большинстве случаев
имели монотонные зависимости от величины автотранспортного потока. Увеличение
потока автотранспорта приводило к значительному снижению данных показателей по
сравнению с контролем (рис. 3). И только в 2010 и 2013 гг. были получены
двухфазные зависимости для доли опавших листьев, являющиеся гормезисом и
парадоксальным эффектом соответственно.
14
МДА, нМ/г сырой
ткани листа
130
y = -7*10-6x2 + 0.0318x + 76.056
*
120
110
R2 = 0.66
p=0.012
*
*
100
#
90
*#
*#
а
*#
#
80
Контроль#
70
#
#
60
0
1000
2000
3000
4000
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
110
-5 2
y = -6*10 x + 0.0667x + 76.304
* *
*
МДА, нМ/г сырой
ткани листа
100
2
R = 0.72
p=0.035
*
*#
90
*#
80
*#
70
*#
-5 2
y = -2*10 x + 0.101x - 55.036
#Контроль
60
б
*#
*#$
2
R = 0.96
p=0.044
*#$
50
40
МДА, нМ/г сырой
ткани листа
0
500
1000
1500
2000
y = -6*10-5x 2 + 0.0701x + 64.852
R2 = 0.86
* p=0.008
110
100
90
2500
3000
3500
4000
Поток автотранспорта, авто/ч
y = 0.013x + 47.746
R2 = 0.95
p=0.024
*
*
# *
80
в
*#
*
70
Контроль#
60
#
#
50
40
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 1. Зависимость интенсивности ПОЛ в листе B. pendula от величины
автотранспортного потока в 2007 (а), 2008 (б) и 2010 (в) гг. ( x ± s x ; n=10)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч);
# - статистически значимые различия по сравнению с первым максимумом зависимости;
$ - статистически значимые различия по сравнению со вторым максимумом зависимости.
15
Интегральный показатель ФА
0.064
0.062
0.06
y = 1*10
-12 3
-9 2
R 2 = 0.77
p=0.023
5
0.058
0.056
-5
x - 9*10 x + 2*10 x + 0.0499
5
а
4
0.054
4
0.052
4
0.05
4
4 4
4
3 Контроль
0.048
0.046
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Поток автотранспорта, авто/ч
Интегральный показатель ФА
0.080
0.070
y = 1*10-5x + 0.024
0.060
R2 = 0.79
p=0.001
5*
5*
б
4*
0.050
3*
2*
0.040
0.030
1*
1*1*
0.020
Контроль 1
1*
1
0.010
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Интегральный показатель
ФА
Поток автотранспорта, авто/ч
0.070
0.065
y = -5*10
-13 3
-9 2
-6
x + 5*10 x - 9*10 x + 0.050
5*
2
R = 0.86
p=0.006
0.060
0.055
5
4
4
в
3
0.050
Контроль 3
3
3
3
0.045
2
0.040
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 2. Зависимость ФА листовой пластинки B. pendula от величины потока
автотранспорта в 2007 (а), 2011 (б) и 2012 (в) гг. ( x ± s x ; n=100)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
Арабскими цифрами на графиках указаны баллы качества среды (Захаров и др., 2000): 1 -норма, 2
- незначительное отклонение от нормы, 3 - среднее отклонение, 4 - существенное отклонение, 5 критическое состояние.
16
1.2
Доля распустившихся
почек
1
Контроль
-8 2
y = 8*10 x - 0.0006x + 0.9375
*
0.8
2
R = 0.86
p=0.001
*
0.6
0.4
*
*
0.2
а
*
*
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
*
4000
4500
Поток автотранспорта, авто/ч
1
Доля опавших
листьев
Контроль
0.9
y = 5*10-8x2 - 0.0003x + 0.9047
0.8
R2 = 0.96
p=0.001
*
0.7
*
б
*
0.6
*
*
0.5
*
0.4
0.3
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
1
Контроль
Доля укороченных
побегов с плодами
0.9
y = -0.0002x + 0.6982
0.8
0.7
*
0.6
R2 = 0.79
p=0.001
*
0.4
*
0.3
в
*
*
0.5
*
0.2
*
0.1
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
*
4500
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 3. Зависимость доли распустившихся почек (а), опавших листьев (б) и
укороченных побегов с плодами (в) B. pendula от величины потока автотранспорта
в 2012г. ( x ± s x ; n=1000)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
17
T. cordata. В течение 5 лет наблюдения (2010-2014 гг.) были выявлены немонотонные
зависимости содержания МДА в листе от величины автотранспортного загрязнения,
которые соответствовали парадоксальным эффектам (рис.4а). Во все годы
наблюдения (2010-2014 гг.) содержание пигментов не зависело потока
автотранспорта (данные не представлены на рисунках). В течение 4 лет наблюдения
(2010-2013 гг.) для асимметрии листа были получены зависимости только в 2010 и
2013 гг. Происходило монотонное снижение данного показателя по сравнению с
контролем при возрастании уровня загрязнения (рис. 4б).
МДА, нМ/г сырой
ткани листа
115
110
105
y = 2*10-9x 3 - 2*10-5x 2 + 0.0332x + 79.342
R2 = 0.86
p=0.013
*
*
100
95
90
а
*#
#
85
*
#
#
#
80
75 #Контроль
70
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Поток автотранспорта, авто/ч
0.062
Интегральный
показатель
асимметрии
0.06
y = 2*10-10x2 - 3*10-6x + 0.0564
Контроль
2
R = 0.70
p=0.027
0.058
0.056
0.054
б
0.052
0.05
*
0.048
*
0.046
*
0.044
0.042
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 4. Зависимость содержания МДА (а) (2011г. x ± s x ; n=10) в листе и асимметрии
морфологических признаков листа (б) (2013г. x ± s x ; n=100) у T. cordata от
величины потока автотранспорта ( x ± s x ; n=10)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
#- статистически значимые различия по сравнению с максимумом зависимости.
В течение 5 сезонов наблюдения (2010-2014 гг.) фенологические показатели в
большинстве случаев имели немонотонные зависимости от величины
18
автотранспортного загрязнения, которые представляли собой гормезис или
парадоксальный эффект (рис. 5). И только в 2014г. было выявлено линейное
уменьшение доли распустившихся почек при увеличении техногенной нагрузки.
Увеличение потока автотранспорта приводило к монотонному снижению семенной
продуктивности по сравнению с контролем в 2010-2012 и 2014гг. В 2013г. была
выявлена тенденция к существованию парадоксального эффекта.
T. officinale. В течение 3 сезонов наблюдения (2010-2012гг.) для содержания МДА в
листе были получены только парадоксальные эффекты (двухфазные или
многофазные) (рис. 6). Для пигментов (хлорофиллов и каротиноидов) также были
выявлены парадоксальные эффекты либо тенденции к существованию подобных
зависимостей (данные не представлены на рисунках), за исключение уровня
каротиноидов в 2010 г., который монотонно увеличивался при возрастании нагрузки.
В то же время для показателей семенного размножения в 2010г было получено
монотонное увеличение общего количества семян и числа выполненных семян в
корзинке, что сопровождалось снижением их массы. Количество невыполненных
семян от уровня загрязнения не зависело. Напротив, в 2011 г. были получены
парадоксальные эффекты для общего количества семян, числа выполненных и
невыполненных семян в корзинке. В то же время масса семени от потока
автотранспорта не зависела (Рис. 7).
Таким образом, наши исследования показали, что немонотонные зависимости
изученных показателей от уровня автотранспортного загрязнения как у древесных (B.
pendula, T. cordata), так и у травянистых растений (T. officinale) наблюдались чаще,
чем монотонные ответы (71% от всех зависимостей). При этом в подавляющем
большинстве случаев немонотонные зависимости являлись парадоксальными
эффектами (84% от всех немонотонных ответов). Гормезис встречался существенно
реже. Наиболее часто немонотонные зависимости наблюдались у биохимических
показателей листа растений (содержания пигментов и интенсивности ПОЛ), особенно
у тех, которые непосредственно участвуют в регуляции состояния растения при
стрессе (интенсивность ПОЛ). У двух изученных видов древесных растений (B.
pendula и T. cordata), различающихся устойчивостью к автотранспортному
загрязнению и экологическими характеристиками, чаще монотонное ухудшение
показателей (снижение семенной продуктивности, стабильности развития листа,
скорости выхода из состояния зимнего и окончания вегетации) при возрастании
потока автотранспорта наблюдалось у вида более чувствительного к оксидам серы и
азота выхлопов автотранспорта – B. pendula.
19
Доля распустившихся
почек
1
*
0.9
*
0.8
0.7
*
0.6
0.5
y = 4*10-11x 3 - 3*10-7x 2 + 0.0006x + 0.4513
R2 = 0.79
p=0.035
*
а
0.465
Контроль
0.4
0.3
0.2
0.1
*
*
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
0.9
доля опавших
листьев
0.8
*
*
*
0.7
*
0.6
*
0.5
0.4
б
y = -6*10-8x2 + 0.0003x + 0.4317
Контроль
R2 = 0.76
p=0.014
0.3
0.2
*
0.1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 5. Зависимость доли распустившихся почек (а) и опавших листьев (б) у T.
cordata от величины потока автотранспорта в 2011г. ( x ± s x ; n=100).
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
Следует также отметить, что синхронное ухудшение (улучшение) изученных
показателей растений при возрастании потока автотранспорта наблюдалось
достаточно редко. Чаще изменение различных показателей было асинхронным и даже
в ряде случаев наблюдались разные типы зависимостей от уровня автотранспортного
загрязнения (гормезис, парадоксальные эффекты или монотонный ответ). Например,
в 2012г. у B. pendula для содержания пигментов и интенсивность ПОЛ в листе были
выявлены парадоксальные эффекты, а для величины ФА листа – гормезис, при этом
фенологические показатели и семенная продуктивность монотонно снижались при
увеличении потока автотранспорта. По-видимому, данный факт обусловлен
спецификой формирования параметра растения, а также его значением для процесса
фенотипической адаптации к загрязнению.
20
МДА, нМ/г ткани
сырой ткани листа
32
y = -2*10-6x2 + 0.0102x + 9.6924
2
27
*
R = 0.83
p=0.002
*
а
22
*#
17
*#
*#
*#
*#
*#
12
*#
Контроль#
7
0
1000
2000
3000
4000
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
26
МДА, нМ/г сырой
ткани листа
24
22
20
18
*#
б
*#
*#
-6 2
16
14
*
*#
*#
y = -1*10 x + 0.006x + 15.485
#
#
R2 = 0.86
p=0.003
Контроль #
12
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 6. Зависимость содержания МДА в листе T. officinale от величины потока
автотранспорта в 2011 (а) и 2012 (б) гг. ( x ± s x ; n=10)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
#- статистически значимые различия по сравнению с максимумом зависимости.
Надо полагать, что поддержание биохимических показателей гомеостаза более
важно для выживания растения в стрессовых условиях, чем обеспечение полового
размножения, поддержание высокой стабильности развития листа и сезонных ритмов,
поэтому для биохимических показателей в подавляющем большинстве случае были
зафиксированы немонотонные ответы.
В заключении следует отметить, что тип зависимостей доза-эффект (гормезис,
парадоксальный эффект или монотонный ответ) для определенного показателя
данного вида растений мог существенного различаться в разные сезоны наблюдения.
Так, в 2012г. для содержания МДА в листе B. pendula был выявлен парадоксальный
эффект, а в 2013 г. – монотонное возрастание этого показателя при увеличении
потока автотранспорта. По-видимому, данные различия обусловлены как изменением
уровня загрязнения, так и колебаниями погодных условий Влияние погоды
подтверждается статистически значимыми межгодовыми различиями для всех
изученных показателей у растений контрольных участков (p<0.05). Результаты
двухфакторного дисперсионного анализа подтвердили влияние факторов «уровень
автотранспортного загрязнения» и «год наблюдения» на изученные показатели B.
pendula,
T.
cordata
и
T.
officinale
(p<0.05).
21
Общее количество семян в
корзинке, шт.
y = -4*10-6x2 + 0.0261x + 148.25
210
2
R = 0.93
p=0.001
200
190
180
*
*
170
а
*
*
160
Контроль
150
140
130
0
1000
2000
3000
4000
5000
Общее количество семян в
корзинке, шт.
Поток автотранспорта, авто/ч
310
y = -1*10-8x3 + 8*10-5x2 - 0.1084x + 245.48
290
R = 0.90
p=0.002
2
270
Контроль#
250
#
#
230
#
210
190
*
170
*#
#
б
**
*#
150
130
0
1000
2000
3000
4000
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 7. Зависимость общего количества семян в корзинке T. officinale от величины
потока автотранспорта в 2010 (а) и 2011(б) гг. (Me±sMe; n=40)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
#- статистически значимые различия по сравнению с минимумом зависимости (822 авто/ч).
2.2. Изменение величины флуктуирующей асимметрии, интенсивности
перекисного окисления липидов и содержания фотосинтетических пигментов в
онтогенезе листа B. pendula при действии различного уровня автотранспортного
загрязнения
Изменение биоиндикационных показателей (интенсивности ПОЛ, содержания
пигментов и величины ФА) в процессе онтогенеза листа в условиях различного
уровня техногенного воздействия является малоизученным. В то же время, если
биоиндикационные показатели не остаются постоянными в течение онтогенеза листа,
это может привести к изменению зависимости данных параметров от интенсивности
автотранспортного загрязнения на разных этапах развития листа.
В связи с этим был исследован данный вопрос на примере B. pendula. Сбор
листьев проводили 5 раз за сезон наблюдения с одних и тех же пронумерованных
деревьев (этапы онтогенеза листа см. на стр. 11).
Все изученные показатели изменялись в процессе онтогенеза листа у деревьев,
произрастающих как при высоком, так и при низком уровне автотранспортного
загрязнения (рис. 8-9).
Временная динамика содержания продуктов ПОЛ (диеновых конъюгатов,
оснований Шиффа), была очень сходна у деревьев на участках с разным уровнем
загрязнения (Рис. 8а). Для данных продуктов ПОЛ была обнаружена сильная
положительная корреляция со среднесуточной температурой воздуха (диены: r=1.000.90 p<0.05; основания Шиффа: r= 1.00 p=0.042), что и определило сходство их
динамики на разных участках. В то же время содержание МДА не было
скоррелировано с температурой воздуха (p>0.05). Возможно, данный факт
обусловлен сигнальной ролью МДА у растений при стрессе (Полесская, 2007),
поэтому его содержание напрямую не зависит от колебаний температуры воздуха. На
одних этапах развития листа (в период роста листа и его зрелости) содержание ряда
продуктов ПОЛ было выше у деревьев в условиях высокого уровня загрязнения (пр.
Гагарина), а на других этапах (старение листа) – данные параметры у деревьев разных
участков не различались (Рис. 8б).
Для хлорофилла b также было обнаружено сходство временной динамики
содержания этого пигмента у деревьев исследованных участков, обусловленное
колебаниями среднесуточной температуры воздуха, что подтвердил корреляционный
анализ (пр. Гагарина: r=0.90 p=0.035; Кремль: r=0.90 p=0.038).
Уровень хлорофилла a не зависел от среднесуточной температуры воздуха, а
содержание каротиноидов было отрицательно скоррелировано с ее величиной, но
только у деревьев на пр. Гагарина (r= - 0.98 p=0.018). На разных этапах развития
листа содержание пигментов могло быть как выше, так и ниже при высоком уровне
загрязнения, либо одинаково у деревьев обоих участков (рис. 9а).
Анализ связи величины ФА со среднесуточной температурой воздуха выявил
сильную отрицательную корреляцию между данными показателями у B. рendula на
пр. Гагарина (r= - 0.99; p=0.002) и положительную связь – для деревьев,
произрастающих на территории Кремля (r=0.96; p=0.044). При этом данная
корреляция была получена для среднесуточной температуры за 1 сутки до сбора
листовых пластинок, что указывает на быстрое изменение ФА при колебаниях
температуры. Возможно, данный факт обусловлен неравномерным изменением
содержания воды в листе при колебаниях температуры воздуха. Известно, что
содержания воды в листе B. рendula влияет на величину его ФА (Силкин,
Нижегородцев, 2008).
23
10
диеновые коньюгаты,
отн. ед.
Кремль
(136 авто/ч)
пр. Гагарина
(3964 авто/ч)
*
1
*#
*#
#
#
#
#
#
#
0.1
28.05
13.06
26.06
19.07
Дата сбора
лист. пластинок
а
МДА, нМ/г сырого листа
120
13.09
Кремль
(136 авто/ч)
*#
пр. Гагарина
(3964 авто/ч)
110
100
#
90
*
#
80
70
60
28.05
13.06
26.06
б
19.07
13.09
Дата сбора
лист. пластинок
Рис. 8. Временная динамика содержания диеновых конъюгатов (а) и
МДА (б) в листовой пластинке B. pendula ( x ± s x ; n=10) в 2007г.
Примечание: * - р<0.05 по отношению к показателю у деревьев на территории
Нижегородского Кремля в данный момент времени; # - р<0.05 по отношению к
величине показателя в конце мая у деревьев на данном участке.
Нами были выявлены межбиотопические различия величины ФА листа B.
рendula. Если в начале и середине июня данный показатель у деревьев на участках с
разной транспортной нагрузкой не различался, то в конце июня и середине июля ФА
листа была выше у B. рendula на менее загрязненном участке (тер. Кремля). В
середине сентября, напротив, данный показатель был выше у деревьев на более
загрязненном
участке
(пр.
Гагарина)
(Рис.
9б).
На основании полученных данных можно заключить, что зависимости
изученных биоиндикационных показателей B. рendula от интенсивности
автотранспортного загрязнения будут различаться на разных этапах онтогенеза листа
и на их характер могут оказывать влияние погодные условия сезона наблюдения.
24
Кремль
(136 авто/ч)
0.50
пр. Гагарина
(3964 авто/ч)
Каротиноиды, мг/г
сырого веса листа
0.45
0.40
*#
0.35
#
0.30
0.25
*
0.20
#
#
#
#
#
#
13.06
26.06
19.07
0.15
28.05
Интегральный показатель ФА
а
0.054
пр. Гагарина
(3964 авто/ч)
0.052
Кремль
(136 авто/ч)
13.09
Дата сбора
лист. пластинок
*
#
0.05
0.048
*
0.046
0.044
*
0.042
0.04
28.05
13.06
26.06
б
19.07
13.09
Дата сбора
лист. пластинок
Рис. 9. Временная динамика содержания каротиноидов в листе (а) ( x ± s x ; n=10) и
величины ФА (б) (Me; n=100) листа B. pendula в 2007г.
Примечание: обозначения аналогичны Рис. 8
2.3. Изменение показателей состояния защитных систем (пероксидазной
активности, содержания общего белка и суммарного количества
сульфгидрильных групп защитных пептидов) у B. pendula и T. cordata при
действии автотранспортного загрязнения
Изменение изученных биоиндикационных параметров растений при
антропогенной нагрузке во многом определяется состоянием защитных систем
растительного организма, важнейшими из которых являются антиоксидантная
система, контролирующая перекисный гомеостаз растения (Полесская,2007), а также
механизмы детоксикации ксенобиотиков, в том числе синтез защитных пептидов
богатых
сульфгидрильными
группами
(глутатиона,
фитохелатинов,
металлотионеинов) (Квеситадзе и др., 2005; Титов и др., 2007). В связи с этим для
понимания закономерностей адаптационных реакций растений необходимо
сопоставить состояние данных защитных систем с изменение различных
биоиндикационных показателей растений, что и было сделано для двух изученных
25
видов древесных растений, различающихся устойчивостью к автотранспортному
загрязнению (B. pendula и T. cordata) в 2010-2013 гг.
B. pendula. В течение 4 сезонов наблюдения (2010-2013 гг.) только в 2013г.
было получено монотонное увеличение содержания сульфгидрильных групп в листе
и монотонное снижение содержания белка в нем. Другими авторами зафиксировано
также снижение общего белка (Singh et al., 2013) и увеличение суммарного числа
сульфгидрильных групп (Ding et al., 1994) у растений при действии различных
поллютантов. В 2010-2012гг. для данных показателей были выявлены различные
варианты парадоксальных эффектов. Примеры парадоксального эффекта и линейной
зависимости представлены на рис. 10.
В то же время исследование состояния антиоксидантной системы по величине
общей пероксидазной активности в 2009г. показало, что данный параметр листа B.
pendula значительно возрастал по сравнению с контролем (до 2 раз) при увеличении
уровня загрязнения. При этом увеличение пероксидазной активности сопровождалось
снижением до уровня контроля интенсивности ПОЛ, превышавшей контрольное
значение при более низкой величине потока автотранспорта (рис. 11).
Таким образом, увеличение пероксидазной активности вызывало двухфазный
парадоксальный эффект для интенсивности ПОЛ – в первую фазу при возрастании
потока автотранспорта содержание МДА в листе увеличивалось по сравнению с
контролем (активность пероксидаз выше контрольного уровня, но еще недостаточна
для нормализации интенсивности ПОЛ), во вторую фазу уровень МДА
нормализовался, не смотря на дальнейшее возрастание интенсивности
автотранспортного загрязнения (активность пероксидаз достаточна для нормализации
интенсивности ПОЛ).
T. cordata. В течение 4 сезонов наблюдения (2010-2013 гг.) были получены
только немонотонные зависимости содержания общего белка и суммарного
количества сульфгидрильных групп в листе. Подавляющее большинство данных
зависимостей относилось к парадоксальным эффектам и только в 2010-2011гг. для
сульфгидрильных групп был выявлен гормезис.
В 2014г. при изучении зависимости состояния антиоксидантной системы (по
величине общей пероксидазной активности) от интенсивности автотранспортного
загрязнения был выявлен многофазный парадоксальный эффект, при этом для
интенсивности ПОЛ также была выявлена парадоксальная зависимость (рис. 12). При
относительно низком потоке автотранспорта (около 1000 авто/ч) увеличение
пероксидазной активности приводило к снижению ПОЛ по сравнению с контролем.
Однако при более высоких значениях потока автотранспорта связь между изменением
данных показателей отсутствовала. Содержание МДА было меньше контрольного
уровня или статистически значимо не отличалось от него, даже если активность
пероксидаз уменьшалась по сравнению с контролем (Рис. 12). Данный факт
26
свидетельствует, о том что уровень ПОЛ в листе при потоке более 1000 авто/ч
контролировался уже другими компонентами антиоксидантной системы, то есть
происходило «переключение» механизмов регуляции перекисного гомеостаза.
Известно, что на уровень ПОЛ, кроме пероксидаз, может влиять активность каталазы,
содержание неферментных антиоксидантов (Полесская, 2007; Креславский и др.,
Sharma
2012;
et
14
Контроль$
SH группы, мкМ/мг
белка в г сырой ткани
листа
*#
10
*#
*#
8
*#
*#$
*#$
*#$
6
*#$
*#$
4
2012).
y = -1*10-6x 2 + 0.0058x + 0.6976
R2 = 0.99
p=0.001
$
12
al.
а
y = -2*10-5x 2 + 0.0223x + 4.7564
R2 = 0.80
p=0.042
2
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
SH группы, мкМ/мг белка в г
сырой ткани
22
y = 0.0013x + 11.788
R2 = 0.66
p=0.015
20
*
18
*
*
16
б
*
14
*
12
Контроль
10
8
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 10. Зависимость содержания SH- групп в листе B. pendula от величины потока
автотранспорта в 2011 (а) и 2013 (б) гг. ( x ± s x ; n=10)
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (0 авто/ч).
#- статистически значимые различия по сравнению с первым максимумом.
$- статистически значимые различия по сравнению со вторым максимумом.
Таким образом, при возрастании уровня загрязнения нами были выявлены две
различные «стратегии поведения» изученных защитных системы, которые могут
вызывать развитие парадоксальных эффектов других показателей состояния
организма растения: 1) монотонное увеличение активности системы (выявлено только
у вида более чувствительного к автотранспортному загрязнению – B. pendula);
27
Показано, что увеличение активности пероксидаз в листе B. pendula приводило к
двухфазному парадоксальному эффекту для интенсивности ПОЛ, нормализуя данный
показатель при высоком уровне загрязнения. 2) немонотонное («колебательное»)
изменение активности защитной системы, которое, по-видимому, обусловлено
участием разных защитных механизмов в фенотипической адаптации к разным
уровням техногенной нагрузки (выявлено у B. pendula и T. cordata).
65
*
МДА, нМ/г сырого листа
-6 2
y = 4*10 x - 0.0157x + 56.772
*
60
2
R = 0.74
p=0.001
55
50
a
Контроль
45
40
35
30
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Поток автотранспорта, авто/ч
16
Активность пероксидаз,
-1 -1
ΔE мин г сырого листа
14
*
*
*
*
*
12
*
*
*
б
*
*
10
8
y = -7*10 -6x2 + 0.0274x + 37.352
R2 = 0.65
p=0.009
6
Контроль
4
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 11. Зависимость интенсивности ПОЛ (а) и общей пероксидазной активности
(б) в листе B. pendula от величины автотранспортного потока ( x ± s x ; n=10).
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (p<0.05).
28
21
y = -0.0033x + 18.48
20
R = 0.77
p=0.049
y = -1*10-6x2 + 0.0065x + 5.7196
МДА, нМ/г сырого листа
2
19
R2 = 0.63
p=0.370
Контроль
18
17
*
16
a
*
15
*
14
*
13
*
12
0
1000
2000
3000
4000
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
ΔE мин-1г-1сырого листа
Активность пероксидаз,
33
*
28
23
y = 7*10-11x3 - 4*10-7x2 + 0.0005x + 0.7003
R2 = 0.85
p=0.017
Контроль
б
18
13
*
*
8
3
0
1000
2000
3000
4000
5000
Поток автотранспорта, авто/ч
Рис. 12. Зависимость интенсивности ПОЛ (а) и общей пероксидазной активности
(б) в листе T. cordata от величины автотранспортного потока ( x ± s x ; n=10).
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (p<0.05).
2.4. Изменение эколого-морфологических и физиолого-биохимических показателей T.
aestivum и P. sativum при действии поллютантов различной химической природы в
широком диапазоне доз в условиях эксперимента
В условиях эксперимента на примере хронического изолированного воздействия
поллютантов различной химической природы (солей тяжелых металлов – Pb, Cd, Cu, Mn, а
также формальдегида, гербицида Глифоса, хлорида натрия) в широком диапазоне доз (от
сублетальных до в десятки раз меньших) были изучены распространение и закономерности
гормезиса и парадоксальных эффектов эколого-морфологических (ФА) и физиолого29
биохимических (интенсивности ПОЛ, содержания фотосинтетических пигментов,
параметров роста) показателей у эволюционно отдаленных видов – P. sativum и T. aestivum.
T. aestivum. При действии большинства токсикантов (солей Pb, Cu, Mn,
формальдегида, хлорида натрия, Глифоса) были выявлены парадоксальные эффекты, а при
действии соли кадмия для данного показателя был получен гормезис (рис. 13). Изменение
содержание пигментов (хлорофиллов и каротиноидов) в листе в условиях воздействия
разных поллютантов имело две или более фазы и соответствовало парадоксальным
эффектам (рис. 14). Исключением являлся уровень каротиноидов при действии соли
марганца и хлорофиллов при действии Глифоса. Статистически значимые изменения
данных показателей не были выявлены. При действии большинства токсикантов на
линейные размеры проростков были получены парадоксальные эффекты (рис. 15). В то же
время Глифос вызывал монотонное уменьшение высоты побега, а соль кадмия оказывала
аналогичный эффект в отношении размеров корневой системы и побега.
Таким образом, исследованные поллютанты в большинстве случаев (85,7% от всех
зависимостей доза-эффект) вызывали развитие немонотонных изменений изученных
показателей проростков пшеницы. При этом чаще всего немонотонные зависимости
являлись парадоксальными эффектами (94,5% от всех немонотонных ответов). Гормезис
встречался достаточно редко (5.5% от всех немонотонных ответов). Наиболее часто
немонотонные зависимости наблюдались у биохимических показателей (содержания
пигментов и интенсивности ПОЛ), особенно у тех, которые непосредственно участвуют в
регуляции состояния растения при стрессе (интенсивность ПОЛ).
Отдельные участки некоторых выявленных нами многофазных зависимостей,
относящихся к парадоксальным эффектам, соответствовали двухфазной горметической
кривой (первая фаза - стимулирующий эффект, вторая фаза – ингибирующий эффект).
Например, участки многофазных зависимостей содержания малонового диальдегида от
концентрации хлорида натрия (0,16–5,12 г/л) и формальдегида (0,05·10-1– 0,08 г/л)
являлись типичным гормезисом. В первую фазу токсиканты оказывали антиоксидантное
действие, а во вторую – прооксидантное. Подобное явление было обнаружено нами и для
зависимости интенсивности ПОЛ в листе B. pendula от потока автотранспорта в 2008г. В
целом данная многофазная зависимость является парадоксальным эффектом, но отдельный
ее участок (1500-4000 авто/ч) можно отнести к гормезису, так как сначала содержание
МДА менее контрольного значения (антиоксидантный эффект), а затем превышает
величину контроля (прооксидантный эффект) (рис. 1б). Данные факты показывают, что
гормезис и парадоксальные эффекты являются взаимосвязанными явлениями.
В большинстве случаев при действии одного и того токсиканта для разных
показателей проростков были получены различные варианты парадоксальных эффектов,
либо даже разные типы зависимостей доза-эффект (гормезис, парадоксальный эффект,
монотонный ответ).
30
50
*c
МДА, нМ/г сырого листа
45
40
35
*c
30
*a
*
a
25
*
*b
*
*
*c
*b
bc
20
ab
15
Ко
нт
ро
3. ль
13
·1
6. 0-4
25
·1
1. 0-4
25
·1
0. 0-3
25
·1
0. 0-2
05
·1
01
0.
01
0.
02
0.
04
0.
08
0.
16
0.
32
0.
64
1.
28
10
а
Нитрат свинца, г/л
МДА, нМ/г сырого листа
80
*b
70
*b
60
50
*b
40
30
*a
20
b
*
*a
*b
08
0.
04
0.
02
0.
01
0.
01
·1
02
05
·1
б
0.
03
25
·1
0.
04
25
·1
1.
04
25
·1
6.
04
3.
13
·1
56
1.
Ко
н
тр
ол
ь
10
Формальдегид, г/л
Рис. 13. Интенсивность ПОЛ в первом листе проростков T. aestivum при действии
нитрата свинца (а) и формальдегида (б) ( x ± s x ; n=10).
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (p<0.05); Одинаковыми
буквами обозначены статистически значимо различающиеся средние опытных групп на данном участке
графика.
При действии сублетальных концентраций большинства токсикантов для
интенсивности ПОЛ и линейных размеров проростков было выявлено значительное
монотонное ухудшение данных показателей по сравнению с контролем – возрастание
интенсивности ПОЛ (до 2,0-2,4 раз), уменьшение размеров побега и корневой системы (до
2,1-36,6 раз). В то же время содержание фотосинтетических пигментов в области
сублетальных концентраций снижалось незначительно, не отличалось от контрольного
значения или даже превышала его. По-видимому, сублетальные концентрации вызывают
срыв антиоксидантной защиты, истощение энергетических и пластических ресурсов
растения, что приводит к ингибированию роста. В то же время существенного снижения
31
содержания фотосинтетических пигментов не происходит, вероятно, вследствие
значительных затрат энергии на процесс фенотипической адаптации, единственным
источником,
которой
у
растений
является
фотосинтез.
0.9
a
* *
0.7
a
0.10
*
0.09
*b
0.08
*a
0.6
*
*
*
*b
ab
0.5
a
*
0.4
*a
*
*a
*
0.07
*
* *b
0.06
0.05
*
0.04
0.2
0.03
0.1
0.02
ол
13 ь
·1
6. 0-4
25
·1
1. 0-4
25
·1
0. 0-3
25
·1
0. 0-2
05
·1
01
0.
01
0.
02
0.
04
0.
08
0.
16
0.
32
0.
64
1.
28
0.3
нт
р
а
3.
хлорофилл a
хлорофилл b
0.9
Хлорофилл, мг/г сырого
листа
Нитрат свинца, г/л
каротиноиды
0.08
*a
b
0.8
0.7
*a
*a
*
*
*
*b
0.07
0.06
0.6
b
a
0.5
0.4
0.07
*b
*a
*
*
*a
*a
*
0.0568749060.06
*b
b
*
0.05
*b
*b
0.05
0.04
0.04
0.
08
0.
04
0.
02
0.
01
-1
-2
*
*b
0.
05
·1
0
-3
25
·1
0
б
0.
1.
6.
25
·1
0
-4
*b
25
·1
0
-4
13
·1
0
3.
56
·1
0
1.
Ко
нт
р
ол
ь
0.2
-4
0.3
Каротиноиды, мг/г сырого
листа
Ко
каротиноиды
a
*
a
0.8
Хлорофилл, мг/г сырого
листа
хлорофилл b
Каротиноиды, мг/г сырого
листа
хлорофилл a
Формальдегид, г/л
Рис. 14. Содержание фотосинтетических пигментов в первом листе проростков T.
aestivum при действии нитрата свинца (а) и формальдегида (б) ( x ± s x ; n=10).
Примечание: обозначения аналогичны Рис. 13.
32
Концентрации токсикантов меньшие сублетальных значений вызывали умеренное
отклонение изученных параметров проростков от контрольного уровня как при гормезисе,
так и при парадоксальных эффектах (не более чем на 62%). Ранее другими авторами
показано, что умеренные изменения параметров различных биообъектов (в пределах 60%
от контрольного значения) являются наиболее типичными для гормезиса (Calabrese, 2008).
Данный факт впервые зафиксирован нами и для парадоксальных эффектов у растений.
высота побега
длина корневой системы
9
Линейные размеры, см
8
b
7
6
a
*a
b
*
*
*
a
4
*b
*b
*
5
*
b
a
*b
3
2
*b
высота побега
Линейные размеры, см
14
12
28
Нитрат свинца, г/л
длина корневой системы
a
b
*a
*
10
*b
8
6
1.
64
0.
32
0.
16
08
0.
0.
04
0.
02
0.
01
0.
13
а
3.
Ко
нт
ро
ль
·1
6. 0-4
25
·1
1. 0-4
25
·1
0. 0-3
25
·1
0. 0-2
05
·1
01
1
*b
*a
a
*
*b
b
4
*b
2
*b
*b
б
0.
08
0.
04
0.
02
0.
01
Ко
нт
ро
ль
1.
56
·1
04
3.
13
·1
04
6.
25
·1
04
1.
25
·1
03
0.
25
·1
02
0.
05
·1
01
0
Формальдегид, г/л
Рис. 15. Линейные размеры проростков T. aestivum при действии нитрата свинца (а) и
формальдегида (б) ( x ± s x ; n=30). Примечание: обозначения аналогичны Рис. 13.
P. sativum. При действии формальдегида и свинца на интенсивность ПОЛ,
содержание хлорофиллов и асимметрию листочка были получены парадоксальные
эффекты (рис. 16).
33
Рис. 16. Влияние формальдегида на интенсивность ПОЛ в листе (а) и асимметрию листа
(б) P. sativum ( x ± s x ; nПОЛ=10; nасим.=20).
Примечание: *- статистически значимые различия по сравнению с контролем (p<0.05);
# - статистически значимые различия по сравнению с асимметрией левого листочка (p<0.05).
Одинаковыми буквами обозначены статистически значимо различающиеся средние опытных групп на
данном участке графика. Вместо ФА использован термин «асимметрия», так как для некоторых
изученных морфологических признаков листа наблюдалась направленная асимметрия, изменение
которой обусловлены ФА.
Содержание каротиноидов при этом не изменялось. В то же время данные токсиканты
вызывали гомезис при действии на линейные размеры растений. Сублетальные
концентрации токсикантов приводили к значительному линейному ухудшению состояния
растений (увеличению интенсивности ПОЛ, снижению линейных размеров и
34
стабильности развития морфологических признаков листа). Содержание пигментов при
этом не изменялось. Более низкие концентрации вызвали умеренное отклонение
изученных показателей от контроля при гормезисе и парадоксальных эффектах.
2.5. Возможный механизм развития гормезиса и парадоксальных эффектов у
растений при действии химического загрязнения в широком диапазоне значений
Еще в 70-е годы прошлого века Гаркави Л.Х. с соавторами (1979) при увеличении
силы воздействия различных физических и химических факторов на млекопитающих было
продемонстрировано
существование
множества
адаптационных
уровней
функционирования организма (уровней реактивности по Гаркави Л.Х.), обусловленное
постепенным вовлечение защитных механизмов в процесс фенотипической адаптации. На
каждом уровне наблюдается триада неспецифических защитных реакций – тренировка,
активация и стресс, которые развиваются соответственно в ответ на слабые, средние и
сильные (на пределе переносимости) для данного уровня интенсивности действующего
фактора (Гаркави и др., 1990). Стресс вызывает вовлечение в процесс фенотипической
адаптации дополнительных защитных механизмов, что приводит к переходу на
следующий уровень с большими адаптивными возможностями, на котором вновь
повторяется триада тренировка, активация, стресс и так далее. Тренировка и активация
возникают в ответ на умеренные для данного уровня воздействия и являются различными
вариантами нормы, поэтому, в отличие от стресса, они характеризуются увеличением
активности защитных систем без признаков повреждения организма, что вызывает
нормализацию параметров организма или даже их улучшение по сравнению с контролем
(явление сверхкомпенсации) (Гаркави и др., 1998; Calabrese et al., 2008).
Мы полагаем, что поскольку с каждым новым уровнем затраты энергетических и
пластических ресурсов на фенотипическую адаптацию возрастают, то вследствие
дефицита ресурсов организма происходят нарушения в работе систем непосредственно не
участвующих в адаптационных процессах (или неактуальных для выживания популяции в
данный момент). В результате этого изменение параметров организма непосредственно,
связанных с фенотипической адаптацией должно иметь колебательный характер при
переходе организма с одного функционирования уровня на другой и развитии на каждом
уровне тренировки и активации (параметры не отличаются от контроля или лучше чем в
контроле вследствие сверхкомпенсации), а также стресса (нарушение параметров). При
этом показатели систем, на которых организм «экономит» ресурсы монотонно
ухудшаются. При полном истощении адаптационных возможностей организма
наблюдается значительное монотонное ухудшение многих параметров, приводящее к
гибели.
Нами получены факты, свидетельствующие, о том, что при возрастании
антропогенной нагрузки организм растения может, как и у животных, переходить с одного
уровня функционирования на другой, что может лежать в основе гормезиса и
парадоксальных эффектов. Увеличение интенсивности ПОЛ рассматривается разными
авторами (Барабой и др., 2006; Полесская, 2007 и др.) как индикаторный показатель
стресса у животных и растений, в том числе и при хроническом воздействии
антропогенной нагрузки (Степанова, Лемешева, 1993; Гуськов и др., 2000; Савинов и др.,
2007). В эксперименте нами были получены многофазные зависимости для данного
показателя близкие к колебательным практически для всех исследованных поллютантов,
при которых отклонение уровня ПОЛ от контрольного значения чередовалось с
нормализацией данного показателя, что указывает на чередование различных состояний
организма. В условиях города для величины ПОЛ у изученных видов растений также были
выявлены аналогичные зависимости от интенсивности автотранспортного загрязнения, но
с меньшим числом фаз, что было обусловлено меньшим изученным диапазоном нагрузки и
менее равномерным распределением ее градаций в исследованном интервале. При этом
участки таких зависимостей, для которых наблюдался прооксидантный эффект, должны
соответствовать состоянию стресса у растений, а участки с антиоксидантным эффектом и
нормализацией уровня ПОЛ могут быть близки к состояниям организма подобным
неспецифическим защитным реакциям животных – тренировке и активации. На примере
регуляции интенсивности ПОЛ в листе B. pendula пероксидазами, нами было показано что,
действительно, при увеличении интенсивности автотранспортного загрязнения организм
растения из стресса, сопровождающегося увеличением уровня ПОЛ, может переходить в
более благоприятное состояние (близкое к тренировке или активации у животных),
сопровождающееся нормализацией перекисного гомеостаза, вследствие увеличения
активности пероксидаз. На примере изменения пероксидазной активности и ПОЛ в листе
T. cordata при увеличении техногенной нагрузке нами показано, что переход из одного
функционального состояния организма в другое может быть вызван не только увеличение
«активности» защитных систем, но и «переключением» их компонентов, участвующих в
фенотипической адаптации. Нами установлено, что увеличение «активности» защитных
систем характерно для вида более чувствительного к автотранспортному загрязнению (B.
pendula), а «переключение» – для вида более устойчивого к техногенной нагрузке (T.
cordata). По-видимому, при приближении уровня антропогенной нагрузки к границам
толерантности вида реализуется первая стратегия изменения активности защитных систем,
что позволяет даже в экстремальных условиях поддерживать параметры гомеостаза
необходимые для выживания. При более низкой нагрузке наблюдается «переключение»
механизмов, что, по-видимому, обеспечивает более тонкую регуляцию состояния
организма при разных интенсивностях техногенного пресса.
Исходя из выше изложенного, парадоксальные эффекты и гормезис следует
рассматривать как различные участки одной колебательной зависимости параметров
состояния растения от интенсивности антропогенной нагрузки. Напомним, что в условиях
города и в эксперименте для интенсивности ПОЛ нами были выявлены зависимости дозаэффект, которые относились к парадоксальным эффектам, но отдельные их участки
36
соответствовали гормезису. Таким образом, если исследователь сталкивается с участком
колебательной кривой, где реакция активации сменяется стрессом (в т.ч. возникающим
при истощении адаптационных возможностей организма в области сублетальных значений
фактора), то он выявит двухфазную горметическую зависимость. Все прочие варианты
участков колебательной кривой будут интерпретироваться исследователем как
разнообразные парадоксальные эффекты. В итоге парадоксальные эффекты будут
выявляться значительно чаще, чем гормезис, что мы и получили в нашем исследовании.
Схема предлагаемого механизма немонотонного изменения состояния растения при
возрастании антропогенной нагрузки представлена на рис. 18.
2.6. Новые подходы к выбору биоиндикационных показателей, учитывающие
концепцию гормезиса и парадоксальных эффектов у растений
До сих при выборе биоиндикационных показателей растений исследователи не
рассматривали возможность развития гормезиса и парадоксальных эффектов. Однако без
учета этих явлений резко повышается вероятность неадекватной оценки уровня
антропогенной нагрузки при проведении биоиндикации. Например, если в случае
парадоксального эффекта при высоком уровне загрязнения биоиндикационный показатель
будет соответствовать норме, а при низком уровне – значительно отклоняться от нее. На
основе нашего исследования можно предложить следующие новые подходы к выбору
биоиндикационных показателей:
1) В биоиндикации следует использовать показатели состояния растений, обладающие
монотонными зависимостями от интенсивности антропогенной нагрузки в широком
диапазоне ее значений. 2) Для выявления таких показателей необходимо проведение
многолетних исследований зависимости их величины от интенсивности данного вида
антропогенной нагрузки в широком диапазоне значений; 3) поиск биоиндикационных
показателей следует вести среди параметров растительного организма, которые
непосредственно не участвуют в процессе фенотипической адаптации и поэтому растение
«экономит» на них ресурсы. Такие параметры с высокой вероятностью могут иметь
монотонные зависимости от интенсивности антропогенной нагрузки; 4) поиск
биоиндикационных показателей следует вести у видов растений, для которых
максимальный испытываемый ими уровень антропогенной нагрузки близок к границам
диапазона толерантности, так как вследствие дефицита ресурсов растения у показателей,
не являющихся жизненно важными для выживания, может наблюдаться монотонное
ухудшение их значения; 5) поскольку отклонение параметров растения от контрольного
значения при гормезисе и парадоксальных эффектах в большинстве случаев имеет
умеренный характер (10-60% от величины контроля), то для выявления немонотонных
ответов следует использовать объемы выборок, при которых чувствительность
используемого статистического критерия будет достаточна для выявления указанных
различий при уровне значимости p<0.05; 6) следует учитывать, что диапазон
37
толерантности у разных видов растений к данному типу антропогенной нагрузки может
различаться, в связи с этим параметр, являющий биоиндикационным у одного вида (то
есть имеющий монотонную зависимость доза-эффект), может давать неадекватную оценку
качества среды вследствие гормезиса и парадоксальных эффектов у другого вида растений.
Относительная
норма
(тренировка,
активация)
I уровень
функционирования
организма
Гомеостаз в
норме,
так как
защитные
системы
компенсируют
(сверхкомпенсируют)
токсическое
действие
поллютантов.
Гибель
растения
Относительная
норма
Стресс
(тренировка,
активация)
Стресс
I уровень
функционирования
организма
II уровень
функционирования
организма
II уровень
функционирования
организма
Поллютанты
нарушают
гомеостаз,
так как
активность
защитных
систем
недостаточна
для
компенсации.
Гомеостаз в
норме,
так как
защитные
системы
компенсируют
(сверхкомпенсируют)
токсическое
действие
поллютантов.
Поллютанты
нарушают
гомеостаз,
так как
активность
защитных
систем
недостаточна
для
компенсации.
Стресс
(фаза истощения)
N-й уровень
функционирования
организма
и так
далее…
Истощение
ресурсов растения,
значительное
снижение
активности
защитных систем,
значительное
монотонное
ухудшение
большинства
параметров
Увеличение интенсивности автотранспортного загрязнения.
Возрастание затрат энергетических и пластических ресурсов на процесс фенотипической адаптации,
вследствие чего параметры неактуальные для выживания монотонно ухудшаются на высоких уровнях
функционирования (семенная продуктивность, фенологические показатели, стабильность развития
морфологических признаков листа и др.).
Рис. 17 Схема предлагаемого механизма немонотонного изменения состояния растения
при возрастании интенсивности антропогенной нагрузки.
Среди исследованных нами показателей B. pendula, T. cordata и T. officinale наиболее
подходящим для оценки уровня автотранспортного загрязнения в условиях
урбанизированной территории является доля распустившихся почек и семенная
продуктивность у B. pendula, поскольку для данных показателей в течение многолетнего
наблюдения были выявлены только монотонные зависимости от интенсивности
автотранспортного загрязнения.
Заключение
Анализ распространения и закономерностей возникновения парадоксальных
эффектов и гормезиса у изученных видов древесных и травянистых растений в условиях
химического загрязнения показал, что при широком диапазоне значений исследованных
факторов (как в случае изолированного воздействия поллютантов в эксперименте, так и
38
при их сложных сочетаниях в условиях автотранспортного загрязнения) все изученные
показатели растений могут изменяться немонотонно. При этом наиболее
распространенной формой немонотонного ответа являются различные варианты
парадоксальных эффектов (рис. 18). Результаты исследования указывают на
необходимость широкого внедрения концепции гормезиса и парадоксальных эффектов в
экологические исследования, что может привести к существенному пересмотру как ряда
теоретических представлений в факториальной экологии, так и методологических
подходов
в
биоиндикации.
36%
зав исимость
нев ыяв лена
32%
парадоксальный
эффект
Автотранспортное
загрязнение
(береза, липа, одуванчик)
5%
гормезис
27%
монотонная
зав исимость
8% зав исимость
нев ыяв лена
Хроническое
изолированное
воздействие
9% гормезис поллютантов
в эксперименте
6% монотонная
зав исимость
77% парадоксальный
эффект
(пшеница, горох)
Рис. 18. Процентное соотношение различных типов зависимостей доза-эффект при
действии автотранспортного загрязнения и отдельных поллютантов в эксперименте
на состояние изученных видов растений.
Выводы
1. Все изученные биоиндикационные показатели (интенсивность ПОЛ, содержание
пигментов, флуктуирующая асимметрия листа, показатели фенологических ритмов и
семенного размножения) как у древесных (B. pendula, T. cordata), так и у травянистых (T.
officinale)
исследованных
видов
растений
при
увеличении
интенсивности
автотранспортного загрязнения могли изменяться как монотонно, так и немонотонно. По
данным многолетних наблюдений среди выявленных зависимостей биоиндикационных
показателей от уровня автотранспортного загрязнения немонотонные ответы (гормезис и
парадоксальные эффекты) составляли 50% у B. pendula, 63% у T. cordata, 70% у T.
officinale. Среди немонотонных ответов значительно преобладали парадоксальные
эффекты (B. pendula – 88%; T. cordata – 75%; T. officinale – 100%).
39
2. По данным многолетних наблюдений у изученных древесных (B. pendula, T.
cordata) и травянистых растений (T. officinale) наиболее часто немонотонно изменялись
параметры непосредственно участвующие в повышении устойчивости растений к
автотранспортному загрязнению (интенсивность ПОЛ, содержание пигментов). На фоне
этого при возрастании уровня загрязнения могло наблюдаться монотонное ухудшение
показателей растений менее актуальных для выживания в стрессовых условиях
(увеличение флуктуирующей асимметрии листа, снижение семенной продуктивности,
нарушение фенологических ритмов у B. pendula; снижение семенной продуктивности – у
T. cordata).
3. Изученные биоиндикационные показатели (интенсивность ПОЛ, содержание
пигментов, флуктуирующая асимметрия листа, показатели фенологических ритмов и
семенного размножения) у одного и того вида (B. pendula, T. cordata или T. officinale)
могли иметь различные типы зависимостей (гормезис, парадоксальный эффект,
монотонный ответ) от интенсивности автотранспортного загрязнения в данном сезоне
наблюдений. Кроме того, выявлены межгодовые различия типа зависимости доза-эффект
(гормезис, парадоксальный эффект, монотонный ответ) для одного и того же показателя у
данного вида растений (B. pendula, T. cordata или T. officinale) в условиях
автотранспортного загрязнения.
4. Из двух изученных видов древесных растений (B. pendula и T. cordata)
монотонное ухудшение показателей (снижение семенной продуктивности, стабильности
развития листа, нарушение показателей феноритмов) при возрастании потока
автотранспорта чаще наблюдалось у вида более чувствительного к оксидам серы и азота
выхлопов автотранспорта – B. pendula. У T. officinale в подавляющем большинстве случаев
изученные показатели изменялись немонотонно (70% зависимостей от уровня
автотранспортного загрязнения), что указывает на высокую устойчивость этого вида к
техногенной нагрузке.
5. У B. рendula, произрастающей на территории г. Нижнего Новгорода в условиях
низкого и высокого уровня автотранспортного загрязнения, интенсивность ПОЛ,
содержание фотосинтетических пигментов и величина ФА изменялись в процессе развития
листа. При этом временная динамика изученных показателей, кроме стадии онтогенеза
листа, зависела от сезонного хода среднесуточной температуры воздуха и величины
автотранспортной нагрузки.
6. В условиях эксперимента изученные поллютанты различной химической природы
в широком диапазоне доз чаще всего приводили к немонотонным изменениям (94% от всех
выявленных зависимостей доза-эффект) исследованных показателей T. aestivum и P.
sativum, среди которых преобладали парадоксальные эффекты (89% от всех немонотонных
зависимостей), при этом многофазные парадоксальные зависимости были наиболее
характерны для интенсивности ПОЛ. Изменение изученных показателей при действии
одного и того же токсиканта имело преимущественно асинхронный характер вплоть до
разного типа зависимостей доза-эффект (гормезис, парадоксальные эффекты или
монотонный ответ).
7. В условиях эксперимента при действии сублетальных концентраций большинства
изученных токсикантов для интенсивности ПОЛ и линейных размеров T. aestivum и P.
sativum было выявлено значительное линейное ухудшение данных показателей по
40
сравнению с контролем – возрастание интенсивности ПОЛ (до 2,0-2,4 раз), уменьшение
размеров побега и корневой системы (до 2,1-36,6 раз). В то же время при действии
сублетальных концентраций токсикантов содержание хлорофиллов и каротиноидов
незначительно снижалось по сравнению с контролем, не отличалось от контрольного
значения или даже превышало его. Концентрации токсикантов меньшие сублетальных
значений вызывали умеренное отклонение изученных параметров проростков от
контрольного уровня как при гормезисе, так и при парадоксальных эффектах (не более чем
на 62%).
8. При возрастании уровня автотранспортного загрязнения в условиях
урбанизированной территории выявлены две различные «стратегии поведения»
исследованных показателей защитных систем (пероксидазной активности, суммарного
количества сульфгидрильных групп защитных пептидов, содержания белка) у изученных
видов древесных растений (B. pendula и T. cordata), различающихся устойчивостью к
газообразным поллютантам выхлопов автотранспорта: 1) монотонное увеличение
«активности» системы (выявлено только у вида более чувствительного к
автотранспортному загрязнению – B. pendula); 2) немонотонное («колебательное»)
изменение активности защитной системы (парадоксальный эффект), указывающее на
участие различных защитных механизмов в адаптации к разным уровням техногенной
нагрузки (выявлено у обоих видов – B. pendula и T. cordata).
9. Показано, что гормезис и различные варианты парадоксальных эффектов
исследованных показателей у изученных видов растений, как при действии
автотранспортного загрязнения в условиях урбанизированной территории, так и отдельных
токсикантов в эксперименте, могут быть различными участками одной зависимости дозаэффект, что указывает на взаимосвязь между данными феноменами. Предложена гипотеза,
описывающая механизм возникновения гомезиса и парадоксальных эффектов на уровне
организма как взаимосвязанных явлений.
10. Предложены новые подходы к выбору фитоиндикационных показателей
растений, учитывающие концепцию гормезиса и парадоксальных эффектов. Установлено,
что среди исследованных показателей B. pendula, T. cordata и T. officinale наиболее
подходящими для оценки уровня автотранспортного загрязнения в условиях
урбанизированной территории является доля распустившихся почек и семенная
продуктивность B. pendula, поскольку для данных показателей в течение 5 лет наблюдения
были выявлены только монотонные зависимости от интенсивности автотранспортного
загрязнения.
Список работ по теме диссертации
Статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Ерофеева Е.А., Наумова М.М., Сезонная динамика интенсивности перекисного
окисления липидов в листовой пластинке березы повислой в биотопах с различным уровнем
антропогенной нагрузки // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2008 . №3. С.87-91
2. Ерофеева Е.А., Наумова М.М., Александрова Т.С. Многолетний анализ зависимости
уровня фотосинтетических пигментов и липопероксидации в листе березы повислой от
интенсивности автотранспортного загрязнения // Аграрная Россия. 2009. Спец. вып. С. 83-84
41
3. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Взаимосвязь физиолого-морфологических показателей
листовой пластинки березы повислой с содержанием в ней тяжелых металлов // Вестник ННГУ
им. Н.И. Лобачевского, 2010. №1. С.140-143
4. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Влияние сульфата кадмия в широком диапазоне
концентраций на физиолого-биохимические показатели проростков пшеницы // Вестник ННГУ
им. Н.И. Лобачевского, 2010. №2(2). С.508-512
5. Ерофеева Е.А. Глубина зимнего покоя и скорость выхода из него березы повислой в
биотопах с различным уровнем автотранспортного загрязнения // Вестник ННГУ им. Н.И.
Лобачевского, 2010. №2(2). С.396-398
6. Erofeeva E.A., Sukhov V.S., Naumova M.M. Biphasic Dependence of Some
Ecomorphological and Biochemical Parameters of the Birch Leaf Plate on the Level of Motor Traffic
Pollution // Biology Bulletin. 2011. V.38. N10. pp. 962–966 (Scopus, Web of Science).
7. Ерофеева Е.А. Немонотонное изменение некоторых биохимических показателей
одуванчика при действии автотранспортного загрязнения // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского,
2011. №2(2). С.79-81
8. Ерофеева Е.А. Влияние автотранспортного загрязнения на скорость выхода из состояния
зимнего покоя и окончание вегетации у липы мелколистной // Вестник ННГУ им. Н.И.
Лобачевского, 2011. №2(2). С.76-78
9. Ерофеева Е.А. Устойчивость проростков пшеницы к действию меди и формальдегида в
широком диапазоне доз // Поволжский экологический журнал. 2012. №2. С. 187-195 (Web of
Science).
10. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Сезонная динамика морфофизиологических показателей
листа Betula pendula (Betulacea) при автотранспортном загрязнении // Растительные ресурсы. 2012.
Т.48. Вып.1. С.59а-70 (Web of Science)
11. Erofeeva E.A. Developmental Stability of a Leaf of Pisum sativum L. under the Influence of
Formaldehyde in a Wide Range of Doses // Russian Journal of Developmental Biology. 2012. V. 42. N5.
pp. 259–263 (Scopus, Web of Science).
12. Ерофеева Е.А. Немонотонное изменение физиолого-биохимических показателей
проростков пшеницы при действии свинца в широком диапазоне концентраций //
Токсикологический вестник. 2013. Т. 119. №2. С. 47-50
13. Ерофеева Е.А. Оценка качества окружающей среды урбанизированной территории по
интенсивности липопероксидации и величине флуктуирующей асимметрии листа Betula pendula
Roth // Записки Горного института. Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой
университет «Горный», Рецензируемый сб. науч. трудов. 2013. Т.203. С. 166-169
14. Erofeeva E.A. Hormesis and Paradoxical Effects of Wheat Seedling (Triticum aestivum L.)
Parameters upon Exposure to Different Pollutants in a Wide Range of Doses // Dose Response. 2014.
V.12. N1. pp. 121-135 (Scopus, Web of Science).
15. Ерофеева Е.А. Влияние свинца на флуктуирующую асимметрию листа гороха
посевного (Pisum sativum L.) // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2014. №1(1). С.162-165.
16. Erofeeva E.A. Dependence of Drooping Birch (Betula pendula) Phenological Indexes on the
Intensity of Motor Traffic Pollution // Advances in Environmental Biology. 2014a. V.8. N10. pp. 212-215
(Scopus).
17. Erofeeva E.A. Dependence of Drooping Birch (Betula pendula) and Lime Tree (Tilia
сordata) Relative Seed Production as a New Seed Production Index on the Intensity of Motor Traffic
Pollution // Advances in Environmental Biology. 2014b. V.8. N13. pp. 282-286 (Scopus).
18. Erofeeva EA. Dependence of dandelion (Taraxacum officinale Wigg.) seed reproduction
indices on intensity of motor traffic pollution // Dose Response. 2014c. 12(4):540-550 (Scopus, Web of
Science).
19. Ерофеева Е.А. Флуктуирующая асимметрия листа Betula pendula (Betulacea) в условиях
автотранспортного загрязнения (г. Нижний Новгород) // Растительные ресурсы. 2015. Т.51. Вып.3.
С.366-383 (Web of Science).
42
20. Erofeeva EA. Hormesis and Paradoxical Effects of Drooping Birch (Betula pendula Roth)
Parameters under Motor Traffic Pollution // Dose Response. 2015. 13(2):1-12 (Scopus, Web of Science).
21. Erofeeva EA. Dependence of Guaiacol Peroxidase Activity and Lipid Peroxidation Rate in
Drooping Birch (Betula pendula Roth) and Tillet (Tilia cordata Mill.) Leaf on Motor Traffic Pollution
Intensity // Dose Response. 2015. 13(2):1-6 (Scopus, Web of Science).
22. Ерофеева Е.А., Шаповалова К.В. Многолетний сравнительный анализ устойчивости
Betula pendula (Betulaceae, Fagales) и Tilia cordata (Malvaceae, Malvales) к автотранспортному
загрязнению // Поволжский экологический журнал. 2015. №4. С.390-399 (Web of Science).
Публикации в других научных изданиях:
23. Ерофеева Е.А., Наумова М.М., Варичев А.Н. Анализ взаимосвязи между содержанием
каротиноидов и интенсивностью перекисного окисления липидов в листовой пластинке березы
повислой, произрастающей в биотопах с различной степенью антропогенной нагрузки // сб. науч.
работ «Естествознание и гуманизм», Томск, изд-во Томского ун-та, 2005. Т. 3, №4, с.40-41
24. Наумова М.М., Ерофеева Е.А., Взаимосвязь между интенсивностью перекисного
окисления липидов в листовой пластинке березы повислой и флуктуирующей асимметрией
морфологических признаков листа // сб. науч. работ «Естествознание и гуманизм», Томск, изд-во
Томского ун-та, 2006. Т. 3, №3, с.42-43
25. Ерофеева Е.А., Варичев А.Н. Содержание пигментов в листовой пластинке березы
повислой, произрастающей в биотопах с различным уровнем антропогенной нагрузки // сб. науч.
работ «Естествознание и гуманизм», Томск, изд-во Томского ун-та, 2006. Т. 3, №3, с.43
26. Гелашвили Д.Б., Лобанова И.В., Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Влияние
лесопатологического состояния березы повислой на величину флуктуирующей асимметрии
листовой пластинки березы повислой // Поволжский экологический журнал. 2007. Вып. 6. С. 122130
27. Ерофеева Е.А., Наумова М.М., Нижегородцев А.А. Морфогенетические и
биохимические аспекты оценки стабильности развития на примере листовой пластинки березы
повислой // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского, 2007 . №5. С.75-77
28. Ерофеева Е.А., Наумова М.М., Лисицына О.Н. Чувствительность морфогенетических и
биохимических параметров гомеостаза растения к действию антропогенного стресса // Тезисы
докладов VI съезда общества физиологов растений России, международной конференции
«Современная физиология растений: от молекул до экосистем», 2007. Сыктывкар. С.51
29. Ерофеева Е.А., Наумова М.М., Лисицына О.Н. Сравнительный анализ влияния
средового стресса на содержание диеновых коньюгатов и малонового диальдегида в листовой
пластинке березы повислой, произрастающей в условиях городской среды // Тезисы докладов VI
съезда общества физиологов растений России, международной конференции «Современная
физиология растений: от молекул до экосистем», 2007. Сыктывкар. С. 21-22
30. Erofeeva E.A., Naumova M.M., Selezeneva A.S. Change of photosynthetic pigment content
in the birch leaf lamina for adaptation to anthropogenic load // International Conference «Light Energy
Conversion in Photosynthesis». Puschino. 2008. P. 111
31. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Использование морфогенетических и биохимических
показателей гомеостаза березы повислой в мониторинге состояния урбанизированных территорий
бассейна реки Волги // Тезисы докладов Международной конференции «Экологические проблемы
бассейнов крупных рек - 4». Тольятти: изд-во КАССАНДРА, 2008. С.53
32. Ерофеева Е.А. Немонотонное изменение содержания хлорофиллов у растений при
действии поллютантов в условиях города и в эксперименте //Тезисы докладов всероссийской
конференции «Фотохимия хлорофилла в модельных и природных системах». Пущино. 15-19 июня
2009 г. С. 19-20
33. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Немонотонное изменение интенсивности
липопероксидации и содержания пигментов у проростков пшеницы при действии солей тяжелых
металлов. //Материалы Всероссийской научной конференции «Устойчивость организмов к
43
неблагоприятным факторам внешней среды». 24-28 августа 2009 г. Иркутск: НЦ РВХ ВСНЦ СО
РАМН. С. 146-149
34. Ерофеева Е.А., Наумова М.М. Влияние сульфата кадмия на гомеостаз проростков
пшеницы //Тезисы докладов всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых
ученых «Ломоносов-2009». Москва. 2009. С. 15
35. Ерофеева Е.А. Возникновение кросс-адаптации к осмотическому стрессу у проростков
пшеницы при действии солей тяжелых металлов //Тезисы докладов всероссийской конференции
студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2009». Москва. 2009. С. 14
36. Ерофеева Е.А. Влияние автотранспортного загрязнения ни состояние зимнего покоя у
Betula pendula Roth. // Рекультивация нарушенных земель в Сибири: Cборник научных статей. /
Под ред. А.Н. Куприянова. Кемерово: КРЭОО «Ирбис». 2009. Вып. 4. С.26-27
37. Ерофеева Е.А., Сухов В.С., Наумова М.М. Немонотонные изменения показателей
состояния растений при адаптации к загрязнению окружающей среды // "Математика. Компьютер.
Образование", сборник научных тезисов под ред. Г.Ю. Ризниченко, вып. 16. НИЦ "Регулярная и
хаотическая динамика", Москва- Ижевск, 2009. С. 247
38. Наумова М.М., Ерофеева Е.А. Сезонная динамика содержания фотосинтетических
пигментов у березы повислой при различном уровне автотранспортного загрязнения // Материалы
3-й научно-практической конференции «Полевые и экспериментальные исследования
биологических систем». Ишим: изд-во ИГПИ им. П.П. Ершова, 2010. С.25
39. Ерофеева Е.А. Немонотонное изменение уровня липопероксидации и хлорофиллов у
проростков пшеницы при действии сульфата марганца. // Материалы Всероссийской научнопрактической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной
науки и образования». Уфа: из-во РИЦ БашГУ. 2010. Т.II. С. 441-445
40. Ерофеева Е.А. Увеличение стабильности развития гороха при действии свинца. //
Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием
«Актуальные проблемы современной науки и образования». Уфа: из-во РИЦ БашГУ. 2010. Т.II. С.
445-448
41. Ерофеева Е.А. Интенсивность липопероксидации и состояние антиоксидантной
системы в листе березы повислой при действии автотранспортного загрязнения // Материалы 3-й
Международной научно-практической конференции «Современные проблемы контроля качества
природной и техногенной сред». Тамбов: Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2010. С. 9
42. Ерофеева Е.А. Изменение физиолого-биохимических показателей состояния
проростков пшеницы при действии меди в широком диапазоне доз // сборник тезисов 14-й
Международной школы-конференции молодых ученых «Биология – наука 21 века». Пущино: издво Пущинского научного центра РАН. 2010. Т. 2. С. 316-317
43. Ерофеева Е.А. Влияние автотранспортного загрязнения на содержание
фотосинтетических пигментов в листе березы // сборник тезисов 14-й Международной школыконференции молодых ученых «Биология – наука 21 века». Пущино: изд-во Пущинского научного
центра РАН. 2010. Т. 2. С. 29
44. Ерофеева Е.А. Оценка состояния ценопопуляций березы с помощью экологоморфологических и физиолого-биохимических показателей при действии автотранспортного
загрязнения // Материалы XI Международной научно-практическая экологическая конференции
«Видовые популяции и сообщества в естественных и антропогенно трансформированных
ландшафтах: состояние и методы его диагностики. Белгород: из-во Бел ГУ. 2010. С. 11
45. Ерофеева Е.А. Проблема «парадоксальных» эффектов при действии химического
загрязнения на растения. //сборник тезисов Международной конференции «Экосистемы,
организмы, инновации-11». Москва: из-во МГУ. 2010. С. 201-202
46. Ерофеева Е.А. «Парадоксальные» эффекты при действии автотранспортного
загрязнения на интенсивность липопероксидации и содержание хлорофиллов в листе одуванчика
лекарственного» // материалы IV Всероссийской конференции с международным участием
«Принципы и способы сохранения биоразнообразия». 2010. Йошкар-Ола: из-во Мар. гос. ун-та. С.
254-255
44
47. Ерофеева Е.А. Зависимость феноритмов липы мелколистной от величины
автотранспортного загрязнения // Сборник научных статей I Международной научнопрактической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий»
Под ред. А.В. Дмитриева, Е.А. Синичкина. Чебоксары: типография «Новое Время», 2011. С.108109
48. Ерофеева Е.А. Интенсивность липопероксидации и содержание каротиноидов у липы
мелколистной при действии автотранспортного загрязнения. // Сборник научных статей I
Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и
антропогенных территорий». Под ред. А.В. Дмитриева, Е.А. Синичкина. Чебоксары: типография
«Новое Время», 2011. С.109
49. Ерофеева Е.А. Немонотонные зависимости «доза-эффект» при адаптации растений к
химическому загрязнению окружающей среды // Материалы докладов VII Съезда Общества
физиологов растений «Физиология растений – фундаментальная основа экологии и
инновационных биотехнологий» и Международной научной школы «Инновации в биологии для
развития биоиндустрии сельскохозяйственной продукции». Часть I. Нижний Новгород: Из-во
ННГУ. 2011, С. 244
50. Ерофеева Е.А. Изменение некоторых биохимических и морфологических показателей
листа Betula pendula Roth. и Tilia cordata Mill. при действии автотранспортного загрязнения в
условиях аномально высоких температур воздуха // Материалы докладов Всероссийского
симпозиума «Экология мегаполисов: фундаментальные основы и инновационные технологии».
М.: Изд-во «Лесная страна», 2011. С.55
51. Ерофеева Е.А. Влияние свинца на интенсивность липопероксидации и линейные
размеры Pisum sativum L. // В мире научных открытий. 2011. Спец. вып. С. 21-26
52. Ерофеева Е.А. Зависимость семенной продуктивности одуванчика лекарственного от
уровня автотранспортной нагрузки в условиях урбанизированной территории // Материалы XII
Международной научно-практической экологической конференции «Структурно-функциональные
изменения в популяциях и сообществах на территориях с разным уровнем антропогенной
нагрузки». 2012. Белгород: ИД «Белгород», с. 67-68
53. Ерофеева Е.А. Немонотонные изменения некоторых физиолого-биохимических
показателей проростков пшеницы при действии гербицида Глифоса // Материалы докладов IV
Съезда биофизиков. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ, 2012. С.85
54. Ерофеева Е.А. Проблема парадоксальных эффектов и гормезиса в экологии //
Современные проблемы эволюции и экологии. Сборник материалов международной конференции.
Ульяновск, 5-7 апреля 2013г. УлГПУ. С. 310-312
55. Ерофеева Е.А., Шаповалова К.В. Содержание белка и сульфгидрильных групп у Betula
pendula и Tilia cordata при автотранспортном загрязнении // Экологический Вестник Северного
Кавказа. 2014. Т.10. №2. С. 47-53
56. Ерофеева Е.А. Зависимость некоторых показателей семенного размножения
одуванчика от интенсивности автотранспортной нагрузки // Экологический Вестник Северного
Кавказа. 2014. Т.10. №3. С. 47-53
57. Ерофеева Е.А., Шаповалова К.В. Новые критерии выбора биоиндикационных
показателей растений // Современные проблемы эволюции и экологии. Сборник материалов
международной конференции. Ульяновск, 5-7 апреля 2015г. УлГПУ. С. 203-205
45
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа