Abstract: The vital activity of terrestrial and aquatic vegetation directly depends on the photosynthetic apparatus. The article examined the indicators of the sum of chlorophylls a and b (Ca+b) and carotenoids (Ccar) in the leaves of submerged hornwort, duckweed, dandelion, meadow clover and common sedum growing in three regions of the Vitebsk region. The content of the studied indicators directly depends on the type of plant; the place of growth also influences it to a small extent.
Keywords: photosynthesis, submerged hornwort, duckweed, dandelion, meadow clover, common duckweed.
Введение. Фотосинтез – основной процесс обмена веществ у растений, который обеспечивает им энергией для жизнедеятельности. Основным инструментом данного процесса является фотосинтетический аппарат растительности, который способен преобразовывать солнечный свет в химическую энергию [4].
Однако, наземные и водные растения имеют различные особенности условиями их среды обитания. Например, водные растения должны адаптироваться к недостатку света и избытку углекислого газа в воде, что влияет на структуру и функционирование их фотосинтетического аппарата. В то же время, наземные растения имеют более развитые листовые пластинки, что обеспечивает им большую поверхность для поглощения света.
Цель работы – рассмотреть особенности фотосинтетического аппарата наземной и водной растительности Витебского региона.
Роголистник погружённый (Ceratophyllum demersum). Водное растение, свободно плавающее или прикреплённое к субстрату тонкими ризоидными побегами, отходящими от основания стебля. Питательные вещества растения всасывают непосредственно из воды. Часто растения образуют крупные одновидовые скопления в водоёмах, достигающие 5-6 и даже 10 м в глубину [2].
Растение встречается в прудах, канавах, озёрах, в ручьях и небольших реках, на глубинах от 50 см до 15,5 м. В ряде регионов является опасным инвазивным видом: в Новой Зеландии образует монодоминантные сообщества до 7 м (местами до 10 м) глубиной, в которых не выдерживают конкуренции местные виды.
Ряска малая (Lemna mínor). Ряска представляет собой водное растение, обитающее в стоячих водоемах. Ее нередко применяют в качестве корма для уток. По этой причине ее и прозвали утиной травой. Ряска относится к семейству Ароидных и роду Цветковых однодольных. Она обитает в местах с умеренным и тропическим климатом, но только в пресных водоемах [2].
Корневая система растения развита слабо. Она выполняет функцию якоря, который задерживает пластины на водной глади. Уплощеный длинный стебель утиной травы называют листецом. Диаметр листовидного тельца составляет 0,5-1 см. Процесс цветения происходит крайне редко. Цветки не обладают лепестками и чашелистиками.
Одуванчик лекарственный (Taraxacum officinalе). – многолетний, стержнекорневой поликарпик. Химический состав одуванчика лекарственного T. оfficinale произрастающий в Южной Сибири и Монголии исследовался в работах Ивановой М.С. Так надземная часть одуванчика лекарственного содержит тараксантин, ксантофилл, лютеин, различные сапонины, бета–каротин, витамины С, В2, фосфор, железо, кальций. Выявление содержание хлорофилла и каротиноидов проводились Щубиной А.Г. на территории РФ. Изучение химического состава надземной части одуванчика лекарственного T. оfficinale на территории Республики Беларусь не производился.
Клевер луговой (Trifolium rubens) относиться к семействоу бобовых – травянистые растение. В зелёной массе содержатся эфирное и жирное масла, дубильные вещества, гликозиды трифолин и изотрифолин, органические кислоты (п-кумаровая, салициловая, кетоглутаровая), ситостеролы, изофлавоны, смолы, витамины (аскорбиновая кислота, тиамин, рибофлавин, каротин, токоферол). В период цветения в надземной части содержится белок, жиры, каротин, аскорбиновая кислота, свободные аминокислоты, клетчатка, безазотистые экстрактивные вещества, соли кальция и фосфора. В траве и цветках найдены флавоны и флавонолы (кемпферол, кверцетин, пратолетин и др.), изофлавоны (генистеин, формононетин и др.). Российскими исследователями установлено, что надземная часть клевера красного содержит богатый спектр флавоноидных соединений. Благодаря этому клевер обладает антигипертензивным действием и антиаритмическими свойствами (Бабанский, 1993).
Сныть обыкновенная (Aegopоdium podagrаria) – многолетнее травянистое растение. Растёт на богатых почвах в лиственных и смешанных лесах, на вырубках, среди кустарников, нередко как сорное в садах и парках. В надземной части сныти содержатся витамин С, каротин, белковые вещества, кальций, кобальт.
Особенности содержания фотосинтетических пигментов хлорофиллов и каротиноидов в листьях растения, служит критерием оценки адаптации растения к экологическим условиям. Каротиноиды являются дополнительными пигментами при этом передовая квант на молекулу хлорофилла. Принимают прямое участие в расщеплении воды и кислородном обмене. Кроме этого, каротиноиды располагающиеся на верхушках побегов обладают фототропизмом, при этом помогая в направлении потока света. в присутствии кислорода способны в значительной степени ослаблять фотоокисление хлорофилла [1, 4].
Методы и методики. Материалом исследования послужила водная и наземная растительность трех районов Витебской области: Докшицкий район; Толочинский район; Витебский район (таблица).
Таблица 1
Места отбора проб растений
| Район сбора растений | Место сбора водной и наземных растений | Уровень антропогенной нагрузки |
| Витебский р-н | р. Витьба аг.г. Тулово |
Протекает по территории крупного областного центра. Река используется как зона отдыха. Вблизи водоема расположены автомобильные и пешеходные мосты, большие скопления мусора. Территория подвержена большему антропогенному влиянию из-за автомобильной дороги, что связано с накоплением биологически активных веществ в тканях дикорастущих растений. |
| Докшицкий р-н | оз. Сервечь д. Вешнее |
Водоем незначительно подвержен антропогенному воздействию. Основными факторами загрязнения является наличие сточных вод сельскохозяйственных угодий. Является местом отдыха.
Территория незначительно подвержена антропогенному воздействию. Основными факторами загрязнения почвы является наличие автомобильных дорог и воздействие человека на сельскохозяйственные угодья. |
| Толочинский р-н | р. Друть д. Гиримщина |
Протекает рядом с деревней. Вблизи расположена автомобильная дорога. Низкий уровень антропогенной нагрузки. Основными факторами загрязнения почвы является наличие автомобильных дорог и воздействие человека на сельскохозяйственные угодья. |
Определения содержания фотосинтетических пигментов осуществлялось экстрагированием растительного материала этиловым спиртом в течении суток. На следующий день фильтруем полученную вытяжку. Оптическую плотность раствора измеряют на спектрофотометре при трех длинах волн: 470, 649, 665 им против 95% этилового спирта. Концентрация пигментов в растворе рассчитывается по формуле Вернера. Содержание суммы каротиноидов рассчитывается по формуле Веттштейна [1].
Весь цифровой материал вводился для хранения и обработки в таблицы Microsoft Excel. Для проверки гипотез о различии средних значений изучаемого признака в исследуемых группах применялся t–критерий Стьюдента для нормально распределенных данных и критерий Манна–Уитни для данных, которые не являлись нормально распределенными. Выборочные параметры, приводимые далее в таблицах, имеют следующие обозначения: М – среднее, m – ошибка среднего, n – объем анализируемой подгруппы, Р – достигнутый уровень значимости. Критическое значение уровня значимости принималось равным 5%.
Эксперимент. Содержание пигментов суммы хлорофиллов а и b (Ca+b) и каротиноидов (Cкар) в листьях роголистника погруженного, ряски малой, одуванчике лекарственном, клевере луговом и сныти обыкновенной представлены в рисунках 1-4.
Рисунок 1 – Содержание Ca+b и Cкар в растениях Витебского района.
На диаграмме (рисунок 1) представлены концентрации пигментов в растениях произрастающих в Витебском районе. Наибольшее значение показателей Ca+b и Cкар наблюдается в клевере, одуванчике и сныть; минимальное в ряске. Статистически значение показателей Ca+b и Cкар не отличаются в роголистнике. Содержание Ca+b в клевере, одуванчике и сныть выше в 8 и 4 раза по сравнению с ряской и роголистником.
Рисунок 2 – Содержание Ca+b Cкар в растениях Докшицкого района.
На рисунок 2 представлены концентрации пигментов в растениях произрастающих в Докшицком районе. Наибольшее значение показателей Ca+b и Cкар наблюдается в клевере и одуванчике; минимальное в ряске. Статистически значение показателей Ca+b и Cкар не отличаются в роголистнике и сныти. Содержание Ca+b в клевере и одуванчике выше в 7 и 3 раза по сравнению с ряской и роголистником.
Рисунок 3 – Содержание Ca+b Cкар в растениях Толочинского района.
На рисунок 3 представлены концентрации пигментов в растениях произрастающих в Толочинском районе. Наибольшее значение показателей Ca+b и Cкар наблюдается в клевере, одуванчике и сныть; минимальное в ряске. Содержание Ca+b в клевере, одуванчике и сныть выше в 7 и 2,8 раза по сравнению с ряской и роголистником.
Рисунок 4 – Содержание фотосинтетических пигментов в растениях Витебского региона
Из рисунка 4 представлены концентрации пигментов в растениях произрастающих трех районах Витебской области. Наибольшее значение среди двух показателей фотосинтетических пигментов наблюдается в растениях Витебского района, минимальное значение в растениях Толочинского района.
Результаты. Активный рост биомассы растения, а также накопление питательных веществ, для дальнейших процессов жизнедеятельности растительного организма – это происходит за счет фотосинтеза, ключевая роль в котором отведена хлорофиллу а и b. Повышение содержания каратиноидов обусловлено тем, что каротиноиды выполнять защитную функцию – сохранение хлорофилла от воздействия избытка солнечной радиации.
References
1 Отвалко, Е. А.Закономерности изменения содержания хлорофиллов и каротиноидов Aloe arborescens в зависимости от условий произрастания / Е. А. Отвалко// Наука - образованию, производству, экономике : материалы XXIII (70) Региональной науч.-практ. конференции преподавателей, научных сотрудников и аспирантов, Витебск, 15 февраля 2018 г. : в 2 т. - Витебск : ВГУ имени П. М. Машерова, 2018. - Т. 1. - С. 88-89.2 Садчиков А.П., Кудряшов М.А. Экология прибрежно-водной растительности (учебное пособие для студентов вузов). - М.: Изд-во НИА-Природа,РЭФИА, 2004. - 220 с.: 15 ил
3 Физиология растений ("Фотосинтез") : метод. указания к лабораторным занятиям для студ. спец. "Биология, охрана природы" / [авт.-сост.: В. В. Валетов, А. С. Грамович] ; М-во образования РБ, УО "Мозырский гос. пед. ун-т им. И. П. Шамякина". - 2-е изд. - Мозырь : УО МГПУ им. И. П. Шамякина, 2009. - 33 с
4 Шалыго, Н. В.Биосинтез хлорофилла и фотодинамические процессы в растениях : [монография] / под ред. Н. Г. Авериной ; НАН Беларуси, Ин–т фотобиологии. – Минск : Право и экономика, 2004. – 156 с.