Интенсивное развитие промышленности в городах приводит к загрязнению окружающей среды. Известно, что древесные растения обладают высокой чувствительностью к антропогенной нагрузке, поэтому могут служить адекватными индикаторами состояния городской среды [1]. Для ранней диагностики состояния древесных растений подходят характеристики ассимилирующих органов, которые в связи с их функцией газообмена являются первичным барьером при проникновении атмосферных токсикантов внутрь листа. В литературных источниках отмечается, что хроническое воздействие атмосферных токсикантов вызывает серьезные изменения анатомического строения листьев и хвои растений [1-3, 5].
Город Худжанд является крупным административным и промышленным центром Таджикистана, в атмосферный воздух которого выбрасывается большое количество твердых и газообразных отходов, среди которых существенная роль принадлежит автотранспорту.
Цель исследования. Изучение анатомических показателей хвои Pinus eldarica Ten. (сосны эльдарской), произрастающей в примагистральных посадках г. Худжанда.
Материал и методы исследования
Площадки наблюдения выбраны вдоль 4 улиц города, характеризующихся наиболее интенсивным движением автотранспорта: ул. Ленина, ул. К. Худжанди (левобережная часть города), ул. 34 микрорайон и ул. 50 лет СССР (правобережная часть города). Исследованы ленточные посадки по солнечной стороне улиц. Контрольная площадка располагалась на территории зеленстроя (удаленная от дорог). Исследования проведены в вегетационный период 2010 г., в июле - в период максимального развития и физиологической активности фотосинтетического аппарата древесных растений. Для исследований использовали деревья не менее 10 экземпляров с каждой площадки средневозрастного генеративного состояния.
С каждой площадки наблюдения у сосны эльдарской собирали побеги с хвоей 2-го года с нижней трети кроны с южной стороны и фиксировали в 60 % растворе этилового спирта. Из средней части хвои делали поперечные срезы и помещали их в глицерин. Измерения анатомо-морфологических признаков хвои проводили с помощью микроскопа Аксиоскоп-2+, модель ZEISSN HBO103 and N XBO75 (Германия) с фотонасадкой и программным обеспечением. Определяли длину хвои; площадь поперечного среза, площадь центрального цилиндра, смоляных ходов и поверхности хвои; число и диаметр смоляных ходов, высоту кутикулы, эпи-, эндо- и гиподермы. Для определения площадей анатомических показателей использовали программу Image Tools. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с применением программы Statistica 6.0.
Результаты исследования и их обсуждение
Проведенные нами исследования выявили изменения анатомических признаков в строении хвои сосны эльдарской, произрастающей в примагистральных посадках г. Худжанда, степень данных изменений зависит от места произрастания.
В качестве общей тенденции изменений анатомических характеристик во всех примагистральных посадках следует отметить удлинение хвои, увеличение площади ее поверхности, снижение диаметра смоляных ходов и высоты кутикулы (табл. 1). Однако на правобережной части города (ул. 50 лет СССР и 34 микрорайон) у сосны отмечается увеличение ксерофитизации хвои, что можно рассматривать как адаптивную реакцию в ответ на загрязнение окружающей среды. Наибольшее количество достоверных изменений анатомических показателей хвои адаптивного характера выявлено у сосны на ул. 50 лет СССР - в сравнении с контролем достоверно удлиняется хвоя (на 31 %), увеличивается площадь ее поперечного среза (на 18 %), площадь центрального цилиндра (на 33 %), площадь мезофилла (на 14 %) (рис. 1, табл.1).
Анатомические признаки адаптивного характера также были выявлены рядом авторов у различных видов сосен. В частности, А. А. Онучиным и Козловой Л.Н [6], в зоне выбросов КАТЭКа у Pinus sylvestris L. обнаружено увеличение количества устьиц, числа смоляных каналов и их средней и суммарной площади поперечных сечений. Y. Nuhoglu [7] выявил увеличение диаметра смоляных каналов в хвое Pinus brutia в зоне влияния ТЭЦ вблизи турецкого города Еникёя.
Рис. 1. Поперечный срез хвои сосны эьдарской (10*10)
А. П. Зотикова с соавт. [1] выявила защитные механизмы у Picea obovata Ledeb. и Pinus sylvestris L. в условиях атмосферного загрязнения: у Picea obovata Ledeb. увеличиваются толщина кутикулы, площадь мезофилла и центрального цилиндра, площадь поверхности хвои и длина хвои; у Pinus sylvestris L. в техногенных условиях возрастает площадь мезофилла. К. В. Ладанова и С. Н. Плюснина [4] в зоне действия выбросов целлюлозно-бумажного комбината г. Сыктывкара отметили увеличение площади поперечного сечения хвои Pinus sylvestris L. в сосняке черничном.
Таблица 1
Анатомические показатели строения хвои сосны эльдарской, произрастающей в примагистральных посадках г. Худжанда
|
признаки |
номер площадки наблюдения |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
длина хвои (мм) |
107,8±2,4 |
119,1±1,7* |
134,9±3,7* |
123,9±3,5* |
98,2±2,0 |
|
Площадь поверхности хвои (мм2) |
274,70±1,2* |
261,99±1,4 |
349,08±1,7* |
320,62±1,8* |
265,5±1,2 |
|
Площадь поперечного среза хвои (мм2) |
0,43±0,02 |
0,45±0,03 |
0,52±0,02* |
0,48±0,03 |
0,44±0,02 |
|
Площадь центрального цилиндра (мм2) |
0,11±0,005 |
0,12±0,005 |
0,16±0,005* |
0,14±0,005 |
0,12±0,003 |
|
площадь мезофилла (мм2) |
0,21±0,01 |
0,22±0,01 |
0,24±0,01* |
0,22±0,01 |
0,21±0,01 |
|
число смоляных ходов (шт.) |
1-2 |
1-2 |
1-3 |
2 |
1-2 |
|
диаметр смоляных ходов (мкм) |
117,4±4,9* |
241,8±12,0* |
218,7±7,1* |
138,6±6,2* |
290,7±6,2 |
|
Высота кутикулы (мкм) |
3,1±0,1* |
2,7±0,1* |
2,4±0,1* |
3,4±0,1 |
4,0±0,1 |
|
Высота эпидермы (мкм) |
18,9±0,6 |
17,1±0,9 |
17,7±0,8 |
19,3±0,8 |
19,3±0,6 |
|
Высота эндодермы (мкм) |
28,2±1,4 |
27,6±1,3 |
27,3±1,3 |
29,5±1,3 |
31,3±1,4 |
|
Высота гиподермы (мкм) |
16,8±0,7 |
14,9±0,5 |
16,5±0,3 |
17,5±0,6 |
17,0±0,8 |
Примечание: 1 - ул. Ленина, 2 - ул. К. Худжанди, 3 - 50 лет СССР, 4 - ул. 34 микрорайон,
5 - контроль; * - отмечены достоверные отличия от контроля.
Заключение
Таким образом, у сосны эльдарской в примагистральных посадках г. Худжанда отмечаются как негативные изменения анатомической структуры хвои, так и перестройки адаптивного характера, проявляющиеся в увеличении ее ксероморности. К негативным изменениям анатомической структуры на всех исследуемых улицах относится снижение диаметра смоляных ходов и толщины кутикулы, к адаптивным - увеличение длины хвои и площади ее поверхности. Наибольшее количество достоверных изменений анатомических показателей хвои адаптивного характера выявлено у сосны на ул. 50 лет СССР - в сравнении с контролем достоверно удлиняется хвоя, увеличивается площадь ее поперечного среза, площадь центрального цилиндра и мезофилла.
Рецензенты:
- Куприянов А. Н., д.б.н., профессор, зав. отделом «Ботанический сад» ФГБУ науки Института экологии человека СО РАН, г. Кемерово.
- Гагина Т. Н., д.б.н., профессор, член корр. СО РАН, профессор кафедры зоологии и экологии ГОУ ВПО «Кемеровский государственный университет», г. Кемерово.