Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ЗАЩИТЫ У ОСОКИ ОСТРОЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ

Осипова Е.С. 1 Петухова Г.А. 1
1 ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет»
Изучено влияние нефтяного загрязнения на системы биохимической защиты растений. В качестве тест-объекта использовалась осока острая (Carex acuta L). Анализируемые растения были собраны с территорий разливов нефти на Майском, Южно-Балыкском и Малобалыкском месторождениях Тюменской области. Нефтяное загрязнение вызывает возникновение в клетках растений продуктов перекисного окисления липидов: шиффовых оснований и диеновых конъюгатов. Повреждающее действие нейтрализуется системой биохимической защиты растений (флавоноидной и фенольной). Фенольные соединения проявляют адаптогенное и стимулирующее действие. Флавоноиды являются восстанавливающими агентами и способны защищать клетки от окислительного стресса. Повреждающее действие нефтяного загрязнения проявляется в снижении концентрации флавоноидов у осоки острой с участков, загрязненных нефтью. Адаптация растений к условиям нефтяного загрязнения выражается в увеличении концентрации фенольных соединений и снижении содержания диеновых конъюгатов и шиффовых оснований в клетках растений.
флавоноиды.
фенольные соединения
перекисное окисление липидов (ПОЛ)
системы биохимической защиты растений
Нефтяное загрязнение
1. Бакулин В.В. География Тюменской области / В.В. Бакулин, В.В. Козин. – Екатеринбург, 1996. – 300 с.
2. Барабой В.А. Механизмы стресса и перекисное окисление липидов // Успехи современной биологии. – 1991. – Т. 111, вып. 6. – С. 923-932.
3. Загоскина Н.В. Полифенолы и их роль в защите растений от действия стрессовых факторов // Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования : материалы VI Международного симпозиума. – 2005. – Т. 3. – С. 300–302.
4. Петухова Г.А. Токсикогенетическая опасность действия нефтяного загрязнения на организмы / Г.А. Петухова [и др.] // Нефть и газ: проблемы недропользования, добычи и транспортировки. – Тюмень, 2002. – С. 191-192.
5. Медведев С.С. Физиология растений : учебник. – СПб. : Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2004. – 336 с.
6. Московченко Д.В. Нефтегазодобыча и окружающая среда: эколого-географический анализ Тюменской области : монография. – Новосибирск : Наука, Сиб. Предприятие РАИ, 1998. – 112 с.
7. Петухова Г.А. Генотоксичность тюменской нефти для растений и животных // Экология и образование: региональные аспекты : 3-я Всеросс. конф. – Петрозаводск, 2000. – С. 78-79.
8. Anbar M. Reactivity of the hydroxyl radical in aqueous solutions / M. Anbar, P. Neta // Intern. J. Appl. Rediat. Isot. – 1967. Vol. 18. – P. 495-523.
9. Girotti A.W. Lipid hydroperoxide generation, turnover, and effector action in biological systems // J. Lipid Res. – 1998. - Vol. 39. – P. 1529-1542.

Введение

Загрязнение природной среды нефтью и нефтепродуктами – актуальная экологическая проблема во многих регионах России, в том числе и для Тюменской области. За годы нефтегазового освоения экологическая ситуация в Тюменской области резко ухудшилась. Нефть и продукты её переработки попадают в окружающую среду при бурении и фонтанировании из разведочных скважин, при авариях транспортных средств, при порывах нефтепроводов, сбросе неочищенных промысловых вод. Нефтегазовая промышленность влечет за собой широкомасштабное нарушение практически всех природных компонентов: недр и атмосферы, рельефа и почв, поверхностных и грунтовых вод, флоры и фауны [1].

Нефть в больших концентрациях оказывает ингибирующее воздействие на рост и развитие растений. На организменном уровне действие нефти проявляется в морфологических и физиологических нарушениях в отдельных растениях [6]. Под влиянием углеводородов происходит гибель растительного покрова, замедляется рост растений, отмечается хлороз и тенденция к обезвоживанию, нарушаются функции фотосинтеза и дыхания, изменяется структура хлоропластов [4].

При действии нефтяного загрязнения углеводороды нефти оказывают повреждающее действие на мембраны клеток, происходит образование свободных форм кислорода, которые инициируют разрушение липидов – перекисное окисление [7]. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) – окислительная деградация липидов, происходящая в основном под действием свободных радикалов. ПОЛ – это сложный процесс, протекающий как в животных, так и в растительных тканях. Он включает в себя активацию и деградацию липидных радикалов, встраивание в липиды предварительного активированного молекулярного кислорода, реорганизацию двойных связей в полиненасыщенных ацилах липидов и, как следствие, деструкцию мембранных липидов и самих биомембран [9].

К основным продуктам перекисного окисления липидов относятся: диеновые конъюгаты, малоновый диальдегид, основания Шиффа. Известно, что в нормальных условиях жизнедеятельности клетки постоянно присутствует определенный уровень перекисного окисления липидов, индуцированный образованием активных форм кислорода. Перекисное окисление липидов в клетке поддерживается на постоянном уровне благодаря многоуровневой антиоксидантной системе защиты. Таким образом, сбалансированность между обеими частями этой системы – перекисным окислением, с одной стороны, и антиоксидантной активностью, с другой, является необходимым условием для поддержания нормальной жизнедеятельности клетки [2; 8].

Фенольные соединения проявляют адаптогенное и стимулирующее действие. Фенольные соединения играют активную роль в самых различных физиологических процессах – фотосинтезе, дыхании, росте, защитных реакциях растительного организма [5]. К классу фенольных соединений относятся флавоноиды, выполняющие защитные функции. Флавоноиды являются восстанавливающими агентами и вместе с другими природными соединениями (каротиноиды, аскорбиновая кислота) способны защищать клетки от окислительного стресса [3].

Целью исследования был анализ активации биохимических механизмов защиты растений с нефтезагрязненных участков Майского, Южно-Балыкского и Малобалыкского месторождений.

Материалы и методы исследования

Майское, Южно-Балыкское, Малобалыкское месторождения расположены в Нефтеюганском районе Ханты-Мансийского автономного округа Тюменской области. Нефтезагрязненные участки, расположенные на территории месторождений, образовались в результате порывов трубопроводов. Разливы, произошедшие на исследуемых участках, образовались в результате порывов внутрипромысловых нефтесборов, давность разливов около 20 лет.

Для оценки степени нефтяного загрязнения территории Майского, Южно-Балыкского и Малобалыкского месторождений были взяты пробы почвы и растения доминантных видов. В зависимости от степени загрязненности территории были выбраны 4 точки отбора проб: О1 (опыт 1) – в месте разлива нефти; О2 (опыт 2) – в 20 м от места загрязнения; О3 (опыт 3) – в 40 м от места загрязнения; К (контроль) – пробы с фоновой территории.

Для оценки степени загрязнения почвы нефтепродуктами использовали коэффициент концентрации, равный отношению значения показателя загрязнения нефтепродуктами в опытных вариантах к значению показателя загрязнения нефтепродуктами на фоновой территории. Химический анализ проб почвы с территории Майского, Южно-Балыкского и Малобалыкского месторождений показал превышение коэффициента концентрации нефтепродуктов в несколько раз. Самое сильное загрязнение нефтью наблюдается на Майском месторождении (коэффициент концентрации внутри контура разлива = 2669,78), на Южно-Балыкском месторождении коэффициент концентрации внутри контура разлива = 331,64, на Малобалыкском – 307,48.

В качестве тест-объектов были выбраны растения доминантного для данной территории вида: осока острая (Carex acuta L). У исследуемых растений изучались такие показатели, как содержание продуктов перекисного окисления липидов (диеновые конъюгаты и шиффовые основания), содержание флавоноидов и фенольных соединений.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализ содержания продуктов перекисного окисления у осоки острой с Майского нефтяного месторождения (рис. 1) показал снижение концентрации диеновых конъюгатов у растений, собранных в 20 и 40 м от места разлива (Р<0,001). Уменьшение концентрации первичных продуктов перекисного окисления липидов свидетельствует о том, что растения адаптируются к условиям нефтяного загрязнения и количество повреждений в клетках снижается.

Рис. 1. Содержание продуктов перекисного окисления липидов в осоке острой с Майского, Малобалыкского и Южно-Балыкского месторождений.

Примечание: ** - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,01), *** - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,001).

Содержание шиффовых оснований у осоки острой с Малобалыкского месторождения (рис. 1) снижается у растений, собранных в 20 м от места разлива нефти (Р<0,01). Уменьшение концентрации конечных продуктов перекисного окисления липидов говорит о хорошей приспособленности растений к произрастанию в среде, загрязненной нефтью.

Анализ концентрации продуктов ПОЛ у осоки острой с Южно-Балыкского месторождения (рис. 1) позволяет говорить о снижении концентрации диеновых конъюгатов в клетках растений при действии нефтяного загрязнения (Р<0,001). Содержание шиффовых оснований снижалось (Р<0,001, Р<0,01) у растений, собранных в месте разлива нефти и в 40 м от места разлива нефти. Растения осоки острой с Южно-Балыкского месторождения адаптировались к условиям нефтяного загрязнения, о чем свидетельствует уменьшение концентрации продуктов перекисного окисления липидов.

У осоки острой с Майского месторождения нефти (рис. 2) повышалось содержание фенольных соединений в вариантах с растениями, собранными в месте разлива нефти (Р<0,01) и в 40 м от места разлива (Р<0,05). При действии нефтяного загрязнения активизируется работа защитной биохимической системы растений и концентрация фенольных соединений увеличивается.

Анализ содержания фенольных соединений с Малобалыкского нефтяного месторождения (рис. 2) показал снижение концентрации фенолов у растений в месте разлива нефти (Р<0,01) и увеличение этого показателя у осоки острой, собранной в 40 м от места разлива нефти (Р<0,05). При действии больших концентраций нефти (в месте разлива) растения находятся в угнетенном состоянии, поэтому содержание фенолов понижается. В 40 м от места загрязнения антиоксиданты защищают растения от повреждений, вызванных нефтью, следствием чего является увеличение концентрации фенолов.

Рис. 2. Содержание фенольных соединений в осоке острой с Майского, Малобалыкского и Южно-Балыкского месторождений.

Примечание: * - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,05), ** - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,01), *** - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,001).

Содержание фенольных соединений у осоки острой с Южно-Балыкского месторождения (рис. 2) увеличивалось в 20 м от места разлива нефти, что иллюстрирует работу защитной биохимической системы клеток. Концентрация фенолов снижалась у растений, собранных в 40 м от места разлива (Р<0,001), здесь растения находятся в угнетенном состоянии.

Анализ содержания флавоноидов в осоке острой с Майского месторождения (рис. 3) показал снижение содержания флавоноидов у растений, собранных с места разлива нефти и в 20 м от места разлива (Р<0,001), что говорит о снижении функционирования защитной системы растений в условиях нефтяного загрязнения. У осоки острой, растущей в 40 м от места нефтяного загрязнения, содержание флавоноидов оставалось на уровне контроля, растения приспосабливаются к действию нефти.

Рис. 3. Содержание флавоноидов в осоке острой с Майского, Малобалыкского и Южно-Балыкского месторождений.

Примечание: ** - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,01), *** - статистически достоверные различия между контролем и вариантом опыта (Р <0,001).

У осоки острой с Малобалыкского месторождения (рис. 3) при действии нефтяного загрязнения снижалась концентрация флавоноидов (Р<0,001, Р<0,01), что говорит о чувствительности флавоноидной системы защиты к загрязнению нефтью. Наивысшее из опытных вариантов содержание флавоноидов наблюдалось у растений, собранных в 20 м от места разлива нефти, здесь растения лучше всего приспособлены к действию нефти.

У осоки острой с Южно-Балыкского месторождения (рис. 3) содержание флавоноидов снижалось в варианте с растениями, собранными в 40 м от места разлива (Р<0,001), растения находятся в угнетенном состоянии. В вариантах с растениями, собранными в месте разлива нефти и в 20 м от места разлива, концентрация флавоноидов остается на уровне контроля, что говорит об адаптации осоки острой к обитанию в условиях нефтяного загрязнения.

Заключение

По результатам проведенных экспериментов можно судить о повреждающем действии нефти на клетки осоки острой, что выражается в уменьшении концентрации флавоноидов у растений с нефтезагрязненных участков, также в некоторых опытных вариантах снижается концентрация фенольных соединений. Растения находятся в угнетенном состоянии, однако адаптируются к действию нефтяного загрязнения, о чем свидетельствует снижение концентрации продуктов перекисного окисления липидов и увеличение концентрации фенольных соединений в большинстве опытных вариантов.

Нефтяное загрязнение вызывает возникновение в клетках растений продуктов перекисного окисления липидов (диеновых конъюгатов и шиффовых оснований), повреждающее действие ПОЛ нейтрализуется системой биохимической защиты растений (флавоноидной и фенольной).

Рецензенты:

Боме Н.А., д.с.-х.н., профессор, заведующий кафедрой ботаники, биотехнологии и ландшафтной архитектуры, ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет», ИМЕНИТ, отделение биологии, г. Тюмень.

Турсунбекова Г.Ш., д.с.-х.н., доцент, профессор кафедры экологии и рационального природопользования Агротехнологического института, ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Осипова Е.С., Петухова Г.А. ОСОБЕННОСТИ БИОХИМИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ ЗАЩИТЫ У ОСОКИ ОСТРОЙ ПРИ ДЕЙСТВИИ НЕФТЯНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10203 (дата обращения: 18.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252