Состояние окружающей среды можно оценивать, используя биоиндикацию, которая показывает способность организма реагировать на воздействие неблагоприятных факторов изменением биохимических и морфологических признаков [6]. Для оценки состояния среды использовали фитоиндикацию, так как растения являются первичными звеньями природных трофических цепей и играют роль фильтров, поглощая различные загрязнители. Для растений характерно воздушное и подземное питание, поэтому они зависимы от состояния этих сред, в которых идет их рост и развитие. Загрязнения атмосферы и почвы оказывают самое непосредственное влияние на жизнедеятельность растений [9]. Наиболее интенсивным загрязнителем атмосферы является автомобильный транспорт, в выбросах которого идентифицировано около 300 вредных веществ, оказывающих значительное токсическое воздействие на все живые объекты, включая растения [2, 3, 7]. Для характеристики качества среды используют флуктуирующую асимметрию (ФА) живых организмов. ФА – это небольшие ненаправленные различия между правой и левой сторонами морфологических структур в норме обладающих билатеральной симметрией, которая позволяет оценить нестабильность развития организма [5].
Цель исследования – выяснить зависимость между накоплением свинца в листьях березы манджурской Betula mandshurica и появлением ФА. На основании измерений коэффициента ФА и содержания свинца в листьях березы оценить степень загрязнения окружающей среды.
Материалы и методы исследования
Определяли ФА листовых пластин березы манджурской Betula mandshurica, произрастающей в окрестностях парка города Уссурийска и вдоль автомагистрали Уссурийск – Михайловка. Материал для исследований собирали в августе, когда листовая пластинка полностью была сформирована. На каждом участке собирали по 10 листьев одного размера с укороченных побегов нижней части кроны 10 деревьев возраста 10–15 лет. Для каждой из выборок вычисляли коэффициент ФА по пяти морфологическим признакам, характеризующим развитие листа в онтогенезе:
1 – ширина левой и правой половинок листа (от границы центральной жилки до края листа);
2 – длина второй жилки от основания листа;
3 – расстояние между основаниями первой и второй жилок;
4 – расстояние между концами этих жилок;
5 – угол между главной и второй от основания листа жилкой второго порядка.
Величина ФА оценивалась с помощью интегрального показателя, вычисляемого как средняя арифметическая величина отношения разности к сумме промеров листа, отнесенная к числу признаков [5]. Статистическую значимость различий между выборками по величине интегрального показателя стабильности развития определяли по критерию Стьюдента. Данные обрабатывались в программе Excel 2010. Содержание свинца определяли методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии на атомно-адсорбционном спектрометре типа С-115 в объединенных пробах листьев собранных в парке и вдоль автомагистрали.
Результаты исследования и их обсуждение
При анализе ФА листьев березы парковой зоны мы получили среднюю статистическую величину асимметрии 0,050 ± 0,016, что по балльной системе А.Б. Стрельцова [8] соответствует – 2, т.е. относительно чисто. Анализ листьев деревьев, растущих вдоль автомагистрали, показал наличие асимметрии равной 0,071 ± 0,02, что больше 5, т.е. очень грязно, это указывает на экологическое неблагополучие данной территории (рис. 1).
При изучении сухой ткани листа на содержание свинца парковой зоны и вдоль автомагистрали получили соответственно 2,82 и 3,45 мкг/г (рис. 2).
Рис. 1. Показатель ФА исследованных зон
Рис. 2. Концентрация свинца исследованных зон
При сопоставлении концентрации свинца и ФА исследованных районов прослеживается явная корреляция (рис. 1 и 2). Изменения ФА и содержание свинца в листьях березы манджурской достоверно (Р < 0,05) увеличиваются в грязной зоне, т.е. вдоль автомагистрали, по отношению к чистой, парковой зоне. Растения накапливают тяжелые металлы из почвы и воздуха, хотя концентрация свинца не превышает нормальное содержание, но его повышение изменяет морфологическое строение. Не все исследователи говорят о достоверности корреляции ФА и содержания свинца в листьях березы повислой Betula pendula. Исследования Е.А. Ерофеевой, проведенные на листьях березы повислой, собранных в нагорной области города Нижнего Новгорода, не дают достоверной корреляции ФА и содержания свинца, а указывают на влияние концентрации свинца на состояние перекисного гомеостаза растения [4]. Работы Л.В. Ветчинниковой и др. [1] показывают, что различные деревья по-разному накапливают различные тяжелые металлы, например береза повислая активнее других исследованных деревьев накапливает свинец, тополь бальзамический – кадмий и цинк, рябина обыкновенная – медь и железо. Из всех вредных веществ, содержащихся в выбросах автотранспорта, мы определяли только свинец, но даже накопление одного токсического вещества достаточно для морфологических изменений, что, видимо, является результатом изменения молекулярных процессов, лежащих в основе изменения активности генов.
Таким образом, наши данные анализа ФА и содержания свинца свидетельствуют в пользу того, что растения накапливают вредные вещества и это оказывает влияние на процесс формирования листьев. Территория вдоль автомагистрали неблагополучная для жизни. Вдоль автотрассы Уссурийск ‒ Михайловка располагаются дачи, частный сектор и огороды жителей, необходимо принимать меры по оздоровлению этих районов города. Лучше всего разнообразить посадки деревьями: березой, тополем, рябиной и другими видами, так как они все по-разному накапливают вредные вещества.