Лабораторная работа №36. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙМОНИТОРИНГ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХАНТРОПОГЕННОГО СТРЕССА (Лабораторная работа подготовлена Ю. П. Козловым)

  Среди компонентов живого вещества биосферы наиболее существенным компонентом является растительность, и особенно древесно-кустарниковые насаждения и естественные лесные массивы. Изучение особенностей ответных реакций растений на действие загрязнения воздушной среды дает ценную информацию для выработки прогностических оценок состояния растительных сообществ вблизи автомагистралей.

При малых уровнях загрязнения воздушной среды видимых морфологических изменений в растениях может не быть и в течение длительного времени создается обманчивое впечатление здоровых деревьев. Удобным и перспективным методом для этих целей является метод регистрации флуоресценции хлорофилла, так как состояние фотосинтетичес- кого аппарата в значительной степени соответствует общему состоянию растения. Исследования показали, что у чувствительных к загрязнению видов (липа, клен) содержание хлорофилла снижается еще до появления видимых изменений.
Принцип метода измерения уровня фотосинтеза растительных форм, предложенный в лабораторной работе, основан на регистрации спектров флуоресценции хлорофилла листовых пластин деревьев разных видов с помощью флуориметров типа Spectro- fluorometer (в частности, применяется модель 430 — 003 производства компании Turner Associates, USA) по безразмерным параметрам w = /720//б80 и х = Imi/hisJm, являющимся интегральными показателями физиологического состояния и фотосинтетической активности растений.
Цель работы — исследование параметров люминесценции листьев деревьев, произрастающих в чистой воздушной среде и в условиях ее загрязнения автомобильным транспортом, включая измерение флуоресценции хлорофилл-белкового комплекса и флавопротеидов митохондрий.
Оборудование и материалы:
флуориметр типа Spectrofluorometer; цельные листовые пластины липы мелколистной (Tilia cordata), клена американского (Acer negundo), тополя бальзамического (Populus balsamifera) по 25 шт. из районов с чистым воздухом и растущих вдоль автомобильных магистралей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ Получить у преподавателя свежие цельные листовые пластины индикаторных видов растений.
Внимание/ Важной особенностью работы является возможность оценивать флуоресценцию хлорофилла цельных листьев без предварительной экстракции. Измерить на флуориметре безразмерный параметр w, равный отношению интенсивности флуоресценции длинноволновой полосы энергозапасающего хлорофилл-белкового комплекса в области 720 нм к его коротковолновой полосе в области 680 нм (w = /720/^680)- Измерить безразмерный параметр х, представляющий собой соотношение интенсивностей флуоресценции хлорофилла в области 680 нм к окисленным флавопротеидам в области 535 нм и восстановленным пиридиннуклеотидам в области 470 нм митохондрий (Х=/680//535,/470)- Соотношение измеренной в опытах интенсивности длинноволновой полосы флуоресценции хлорофилла к его коротковолновой полосе (параметр w) у листьев древесных пород разного состояния внести в табл. 36.1. Соотношение измеряемой в опытах интенсивности флуоресценции хлорофилла к окисленным флавопротеидам митохондрий и восстановленным пиридиннуклеотидам (параметр х) у листьев древесных пород разного состояния внести в табл. 36.2. Провести анализ результатов. Как правило, с ухудшением состояния растений в условиях города величина измеряемого (w)
Таблица 36.1
Оценка состояния деревьев разных пород по интенсивности отношения длинноволновой полосы флуоресценции хлорофилла листовых пластин к его коротковолновой полосе (мgt;)

Порода дерева	Состояние*	tv - 620/hso
Липа мелколистная	1
(Tilia cordata Mill)	2
	3
	4
Клен американский	1
(Acernegundo L.)	2
	3
	4
Тополь бальзамический	1
(Populus balsamifera L.)	2
	3
	4

* Градации состояния деревьев: 1 — здоровые, 2 — ослабленные, 3 — сильно ослабленные, 4 — отмирающие.

Таблица 36.2
Оценка состояния деревьев разных пород по интенсивности отношения флуоресценции хлорофилла листовых пластин к флуоресценции окисленных флавопротеидов митохондрий и восстановленных пиридиннуклеотидов (х)

Порода дерева	Состояние	х- ItxJhisfhw
Липа мелколистная	1
(7/7/0 cordata Mill)	2
	3
	4
Клен американский	1
(Acer negundo L.)	2
	3
	4
Т ополь бальзамический	1
(Populus balsamifera L.)	2
	3
	4

параметра возрастает. Характерно, что увеличение параметра w при изменении условий вызвано уменьшением коротковолнового максимума (680 нм) и ростом длинноволновой компоненты флуоресцентного сигнала (720 нм): между пигментами второй и первой фотосистем осуществляется миграция энергии возбуждения. В результате фотоиндуцированного образования гасящего состояния в реакционном центре второй фотосистемы происходит гашение полосы 680 нм. Последнее объясняется наличием характерных переносчиков электронов в фотосинтети- ческой цепи. Так, окисленная форма переносчиков электронов коэнзима Q замедляет флуоресценцию хлорофилла фотосистемы II в хлоропласте, происходящую при воздействии разных загрязняющих веществ — блокаторов электронного транспорта на его различных участках. С другой стороны, ингибирование электронного транспорта ведет к исчезновению индуцированных светом обратимых окислительно-восстановительных превращений переносчиков, в результате чего замедляется процесс фотосинтеза. При этом хлоропласты начинают более медленно синтезировать органическое вещество и выделять кислород. Рост длинноволновой компоненты флуоресцентного сигнала хлоро- филл-белкового комплекса (720 нм) связан с тем, что фотосистема I не содержит коэнзима Q, способного в окисленной форме тушить свечение.
В оптимальных или близких к оптимальным условиях в фотосинтезирующих клетках зеленого листа основная энергопродукция осуществляется, как правило, хлорофилл-белковым комплексом хлоропластов. Однако могут существовать и такие обстоятельства, когда основная энергопродукция клеток листа осуществляется митохондриями, основными характеристическими пигментами которых являются флавопротеиды и пиридиннуклеотиды, обладающие характерными полосами люминесценции с максимумами при длинах волн 535 и 470 нм.
Как правило, у растений природных парков, на которые практически не действуют постоянные источники городского загрязнения, интенсивности спектров флуоресценции флавопро- теидов (535 нм) и пиридиннуклеотидов (470 нм) незначительны.
По мере увеличения степени загрязнения воздушной среды (например, в городских условиях) при общем морфофизиологическом ухудшении состояния растительности в спектрах флуоресценций уменьшается полоса излучения хлорофилла (680 нм) и увеличиваются полосы излучения 535 и 470 нм, принадлежащие окисленным флавопротеидам и восстановленным пиридин- нуклеотидам.
При изменениях условий обитания растений, сопровождающихся ухудшением их состояния, величина параметра w увеличивается, а х — уменьшается.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Журкова Н. В. Биомониторинг состояния древесных пород в условиях большого города: Автореф. дисс. на звание канд. биол. наук. — М.: Изд-во РУДН, 2002.
Карнаухов В. Н. Спектральный анализ в клеточном мониторинге состояния окружающей среды. — М.: Наука, 2001. 

Еще по теме Лабораторная работа №36. ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙМОНИТОРИНГ ДРЕВЕСНЫХ ПОРОД В УСЛОВИЯХАНТРОПОГЕННОГО СТРЕССА (Лабораторная работа подготовлена Ю. П. Козловым):

1. 3 ГИГИЕНА ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
2. СВЕДЕНИЯ О ГЕЛЬМИНТОЗАХ ЛАБОРАТОРНЫХ ГРЫЗУНОВ
3. Лабораторно-полевые ульи для шмелей
4. Подбор древесных пород н их сочетаний для лесных полос
5. Организация оплодотворения самок в лабораторных условиях
6.   ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АППАРАТУРЫ В ЛАБОРАТОРНОЙ КЛИНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ  
7.   ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ И КЛИНИЧЕСКИХ ТЕСТОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ВНУТРЕННИХ БОЛЕЗНЕЙ 
8. Сопутствующие древесные породы.
9. Составление схемы смешении древесных пород дли лесных полос
10. АДЕНОВИРУСНАЯ ИНФЕКЦИЯ ОБЕЗЬЯН И ЛАБОРАТОРНЫХ ЖИВОТНЫХ
11.   ГЛАВА 3 ЛАБОРАТОРНЫЕ КЛИНИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВИ