Скобельцина А.В., Просянникова Е.Б.

Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет им. Н.Г.Чернышевского

Ещё в 1901 году Николай Рерих писал: «Город, выросший из природы, угрожает теперь природе. Город, созданный человеком, властвует над человеком». Сегодня эти слова замечательного русского художника звучат, как никогда актуально.

Сейчас город – это отдельная экосистема – урбоэкосистема [2]. Как и любая экосистема, она характеризуется видовым составом, численностью входящих в неё организмов, биомассой, соотношением отдельных трофических групп, интенсивностью процессов продуцирования и деструкции органического вещества [1]. Формирование экосистемы и её видовой состав зависят от интенсивности воздействия внешних и внутренних факторов.

Основной обитатель города человек, соответсвенно он и формирует внешний облик урбоэкосистемы.

Урбоэкосистему сравнивают либо с гетеротрофными экосистемами типа устричных банок, либо с небольшими, но постоянно действующими вулканами, выбрасывающими в окружающую среду многие тонны различных загрязняющих веществ. Оба эти сравнения справедливы – вся целостная система города (с его инфраструктурой, жилищно-коммунальным хозяйством, рекреационными зонами и особенностями образа жизни горожан) оказывает огромное влияние, как на внутреннюю, так и на внешнюю по отношению к ней среду, формируя пространство экологических ниш для человека и других, обитающих в городе видов [2].

Крупный современный эколог Ю.Одум (1986) подчеркивает, что города представляют своего рода «паразитов биосферы», так как их первичная продукция ничтожно мала по сравнению с гигантской энергией, которая ими потребляется. В экосистемах городов, где импорт веществ и энергия намного превышают экспорт, появляется большое количество отходов, часто токсичных. Меняется комплекс климатических условий (повышается температура, увеличивается количество осадков, облачность, уменьшается солнечная радиация, особенно ультрафиолетовой части спектра, и др.), резко увеличивается загрязнение атмосферы, воды и почвы [2].

Растения, произрастающие в городе, оказываются в новых условиях обитания. Чаще всего изменяющиеся условия обитания, под воздействием антропогенного фактора, являются стрессовыми. Растительный организм либо адаптируется к новым условиям среды, либо погибает.

Адаптация растительного организма заключается в изменении его внутренней организации. В первую очередь при возникновении стрессового фактора меняются биохимические и физиологические показатели у растения, а в последствии и анатомо-морфологические характеристики.

Одним из важных процессов жизнедеятельности живых организмов является дыхание. Дыхание – один из центральных процессов обмена веществ растительного организма. Дыхание – это аэробный окислительный распад органических соединений на простые, неорганические, сопровождаемый выделением энергии. В процессе дыхание участвуют многие органические кислоты (щавелевая, яблочная, янтарная и др. кислоты) [6]. В первую очередь на данный процесс влияет газовый состав атмосферы, а именно наличие и концентрация кислорода. В городских условиях с ростом транспорта, промышленности увеличивается содержание углекислого газа, а соответственно снижается активность дыхания у растения.

Ответной реакцией на многие поражения растений является усиленный биосинтез аскорбиновой кислоты [5].

В химическом отношении аскорбиновая кислота (АК) производное L-гулоновой кислоты - 2,3-дегидро-l-гулоновой кислоты гамма-лактон с эмпирической формулой С₆ Н₈ О₆:

Обладает выраженными восстанавливающими свойствами благодаря наличию в молекуле диэнольной группы. Окисляясь, аскорбиновая кислота легко переходит в дегидроформу:

О | |

С ̶ | -2Н

ОН- С О

О | |

С ̶ | О = С О

| | О = С ̶ | ОН – С - Н | С | СН₂ – ОН Дегидроаскорбиновая кислота (ДАК) (окисленная форма)

Таблица 1.

Вид растения	Экологическая система	Содержание аскорбиновой кислоты, мг/%
Ильм приземистый	ул. Горького (парковая зона)	40,04+3,5
район СибВО(парковая зона)	33,07+4,7
мкр. Северный(вдоль автомагистрали)	51,85+1,2
ул. Ярославского(вдоль автомагистрали)	42,3+2,2
ул. Карла Маркса (парковая зона)	43,37+2,9
Яблоня ягодная	ул. Горького(парковая зона)	61,03+2,6
район СибВО(парковая зона)	36,04+4,7
мкр. Северный (вдоль автомагистрали)	69,82+1,5
ул. Ярославского (вдоль автомагистрали)	42,25+1,9
ул. Карла Маркса (парковая зона)	44,65+1,1
Черёмуха азиатская	ул. Горького(парковая зона)	23,35+1,6
район СибВО(парковая зона)	26,1+0,9
мкр. Северный(вдоль автомагистрали)	52,9+2,54
ул. Ярославского(вдоль автомагистрали)	26,84+1,72
ул. Карла Маркса (парковая зона)	-

Этот процесс обратимый, и ДАК может вновь восстановиться до l-АК. Окисление АК до ДАК происходит в результате отдачи двух протонов и двух электронов. Окисление аскорбиновой кислоты происходит в особых условиях: УФ свет, температура жидкого воздуха.

Обычно в растениях преобладает восстановленная форма АК. Накоплению ДАК препятствует её нестабильность (особенно при рН выше 5), поэтому при измельчении тканей наблюдается быстрая потеря ДАК. Тем не менее измеримые количества ДАК присутствуют во многих тканях. Содержание окисленной формы АК в разных условиях неодинаково и иногда достигает высоких значений. Соотношение двух форм АК может служить показателем физиологического состояния растений: высокая интенсивность процессов жизнедеятельности – больше восстановленной формы АК, низкая интенсивность – растёт содержание дегидроформы [5].

В растительном организме аскорбиновая кислота сконцентрирована преимущественно в листьях и плодах, подземные части содержат её мало. Концентрация аскорбиновой кислоты больше в листьях верхних ярусов, чем нижних. Наружные слои плодов, кочанов или корнеплодов содержат ее больше, чем внутренние.

Отдельные растения, плоды и даже отдельные семена могут значительно различаться между собой по содержанию витамина С. Между отдельными плодами существуют различия, связанные с их величиной и возрастом. Так, например, мелкие плоды и кочаны обычно содержат аскорбиновой кислоты больше, чем крупные, что, вероятно, определяется степенью их зрелости; некоторое значение приписывают и относительной величине поверхности плодов, освещаемой солнцем, которая больше у мелких плодов. Различия в содержании аскорбиновой кислоты в плодах на одном растении или в плодах различных растений одного и того же сорта могут быть значительно больше, чем различия между отдельными сортами в одинаковых условиях их выращивания. Однако при правильном отборе средних проб для анализа эти различия не мешают рассматривать аскорбиновую кислоту как признак, связанные с определением биологической единицей – видом и сортом [3].

В растительной клетке аскорбиновая кислота локализуется в хлоропластах, по весу не уступающее содержанию хлорофилла, митохондриях и клеточном соке. Этот факт, а также способность АК обратимо окисляться и восстанавливаться могут определить её участие в важнейшем энергетическом процессе зелёных растений – в фотосинтезе [5]. Аскорбиновая кислота в процессе фотосинтеза может проявляться как в биосинтезе фотосинтетического аппарата растительной клетки, так и в его стабилизации, что будет способствовать повышению его фотохимической активности, а в конечном итоге - фотофосфорилированию [5].

Аскорбиновая кислота также может участвовать в процессе дыхания. Под действием аскорбиновой кислоты происходит усиление дыхания. Так, в присутствии аскорбата увеличивалось поглощение кислорода изолированными проростками ячменя, суспензией хлоропластов шпината и хлореллы, находящейся в темноте, срезанными стеблями томатов [5]. В дыхательном процессе АК является переносчиком водорода, а также выступает как ко-фактор, стимулирующий процесс.

Основная и значимая функция АК – это защитная, что, прежде всего, проявляется в отношении растений к пониженным температурам. АК воздействует на иммунные свойства растений, так как, считается, что одним из проявлений активного иммунитета растений является нормальное или повышенное образование в них АК [5].

Помимо участия в энергетических процессах растений АК активирует реакции метаболизма, связанные с обменом нуклеиновых кислот, оказывает влияние на ферментативную активность, что проявляется в изменении активности уже имеющихся ферментов, или в изменении скорости их синтеза.

Аскорбиновая кислота оказывает существенное влияние на водный режим растений. Оно проявляется в торможении поступления воды, уменьшению оводнённости, в изменении подвижности внутриклеточной воды, ускорении транспирации. Под действием АК изменяется соотношение свободной и связанной воды за счёт увеличения свободной. Механизм действия АК на поступление изменением потерю воды объясняют изменением коллоидно-химических свойств протоплазмы, а также деполяризацией протоплазменных мембран [5].

Многие авторы отмечают (Колотилова А.Ю., Чупахина Г.Н.), что основным условием биосинтеза аскорбиновой кислоты является интенсивность света. Было показано, что после увеличения интенсивности света в 25 раз содержание аскорбиновой кислоты в листьях турнепса увеличивается в 8.3 раза (от 28.2 до 235 мг%).

Для определения содержания аскорбиновой кислоты используют различные методы окислительно-восстановительного титрования. Мы в своей работе определяли концентрацию АК с помощью метода йодометрии [4]. Суть, которого заключается в определении содержания АК в вытяжке из листьев растений, зная концентрацию раствора йода.

Мы определили содержание аскорбиновой кислоты в листьях исследуемых растений, произрастающих в различных экологических условиях города Читы:

1. ул. Горького (парковая зона)

2. район Сибирского военного округа - СибВО (парковая зона)

3. микрорайон Северный (вдоль автомагистрали)

4. ул. Ярославского (вдоль автомагистрали)

5. ул. Карла Маркса (парковая зона)

В качестве объектов исследования использовались древесные породы, которые представлены на всех модельных площадках: ильм приземистый, яблоня ягодная и черёмуха азиатская.

Содержание аскорбиновой кислоты колеблется у изучаемых растений в пределах 20 до 70 мг % (таб.1, рис.1). Анализ содержания аскорбиновой кислоты показал, что у всех исследованных древесных пород, произрастающих вдоль автомагистрали в мкр. Северный показатели АК более высокие, чем во всех остальных районах города. Это может свидетельствовать об интенсивном уровне дыхания растений в данном районе. Более низкое содержание АК наблюдается у всех видов растений, произрастающих в р-не СибВО. Соответственно можно сделать вывод, что наиболее благоприятная экологическая обстановка для произрастания и жизнедеятельности растений в районе СибВО. Экологическая ситуация в мкр. Северный города Читы более напряжённая.

Содержание АК в листьях древесных растений в различных экологических условиях г.Чита

Наиболее устойчивое растение, произрастающее в условиях города Чита, ильм приземистый. Колебания содержания аскорбиновой кислоты в листьях ильма приземистого во всех районах города незначительны (рис.1, таб.1) – это свидетельствует об устойчивости растения к неблагоприятным факторам и меняющимся условиям.

В угнетённом состоянии находится яблоня ягодная, т.к. во всех исследуемых районах города содержание АК более высокое по сравнению с ильмом приземистым и черёмухой азиатской (рис.1, таб.1). Соответственно яблоня ягодная не пригодна, для озеленения города.

Черёмуха азиатская в сравнении с ильмом приземистым и яблоней ягодной занимает промежуточное положение, т.к. наблюдается не стабильность и резкие перепады в содержании АК (рис.1, таб.1).

Таким образом, город Чита, как урбоэкосистема пригодна для жизнедеятельности растений. Особенно район СибВО.

Для озеленения города и создания парковых зон рекомендуем ильм приземистый, т.к. он стресс устойчив и стабилен в неблагоприятных условиях города, легко приспосабливается к меняющемуся газовому составу атмосферы. При использовании черёмухи азиатской следует учесть характеристики района города, а именно химический состав воздушной оболочки. Не пригодна для жизни в городе яблоня ягодная.

Литература:

1. Биологический энциклопедический словарь [Текст]/ Гл.ред. М.С.Гиляров. – М.: Советская энциклопедия, 1986. – С. 731.

2. Природный комплекс большого города [Текст]/ под. Ред. А.С.Керженцев. – М.: Наука, 2000. – 286с.

3. Солдатенков С.В. Биохимия органических кислот растений [Текст]/ С.В. Солдатенков. – Л.: Ленингр. ун.-т., 1971. – С. 49-50

4. Солодова В.И., Волкова Л.И., Волков В.Н. Определение витамина С. В овощах и фруктах [Текст]/В.И.Солодова, Л.И.Волкова, В.Н.Волков // Химия в школе. -№ 3. -С. 63-66.

5. Чупахина Г.Н. Система аскорбиновой кислоты растений [Текст]: монография. – Калининград – Калинингр. ун.-т., 1997. – 120с.

6. Якушкина Н.И. Физиология растений [Текст]: Учебное пособие для студентов биол. спец. высш. пед. учеб. заведений / Н.И.Якушкина. – М.: Просвещение, 1993. – 335с.

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Проблемы и перспективы современной науки» (2009 год, Том 2, выпуск 1), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Томск, 2009. – Стр. 79-81.