sevinПОВОЛЖСКИЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛPovolzhskiy Journal of Ecology1684-73182541-8963Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова РАН; Товарищество научных изданий КМК.10.18500/1684-7318-2018-3-315-326sevin-118Research ArticleСтатьиМорфологическая изменчивость и биохимические показатели листьев в ценопопуляциях Aegopodium podagraria L. (Apiаceae, Apiales) при разных уровнях загрязнения почв тяжелыми металламиMorphological Variability and Biochemical Indices of Leaves in Coenopopulations of Aegopodium podagraria L. (Apiаceae, Apiales) under Various Levels of Soil Pollution with Heavy MetalsСавиновА. Б.SavinovAlexsander B.

603950, Нижний Новгород, просп. Гагарина, 23, корп. 1 

 

23 Prospekt Gagarina, Nizhnij Novgorod 603950

 

sabcor@mail.ruЕрофееваЕ. А.ErofeevaElena A.

603950, Нижний Новгород, просп. Гагарина, 23, корп. 1 

 

23 Prospekt Gagarina, Nizhnij Novgorod 603950

 

sabcor@mail.ruНикитинЮ. Д.NikitinYuriy D.

603950, Нижний Новгород, просп. Гагарина, 23, корп. 1 

 

23 Prospekt Gagarina, Nizhnij Novgorod 603950

 

sabcor@mail.ruНижегородский государственный университет им. Н. И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky State University of Nizhni NovgorodRussian Federation20180507201903315326Copyright © Савинов А.Б., Ерофеева Е.А., Никитин Ю.Д., 20192019Савинов А.Б., Ерофеева Е.А., Никитин Ю.Д.Savinov A.B., Erofeeva E.A., Nikitin Y.D.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sevin.elpub.ru/jour/article/view/118

Исследована морфологическая изменчивость, интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) и содержание фотосинтетических пигментов (хлорофиллов и каротиноидов) в листьях сныти Aegopodium podagraria L. из четырех ценопопуляций, произрастающих в урбоэкосистемах, почвы которых в разной степени загрязнены тяжелыми металлами (ТМ): Pb, Zn, Cu, Cr. В градиенте загрязнения почв ТМ у сныти уменьшается размер терминального листочка, среднее число фенов (различных вариантов формы листа) и увеличивается доля редких фенов листьев, в них также уменьшается содержание хлорофилла b. Параллельно снижается интенсивность ПОЛ, что не характерно для стрессовых ситуаций. Содержание хлорофилла a и каротиноидов снижается только при среднем уровне загрязнения и нормализуется при максимальном. Полученные данные свидетельствуют о том, что морфологические и биохимические параметры листьев сныти по-разному характеризуют состояние этого вида растений при увеличении уровня загрязнения почвы ТМ. В таких условиях обедняются фенофонды ценопопуляций A. podagraria и преимущественно развиваются особи с меньшими размерами листьев. Но при этом у них интенсивность ПОЛ и содержание отдельных пигментов могут оставаться близкими к норме. Результаты исследования свидетельствует о том, что A. podagraria является видом, способным поддерживать биохимический гомеостаз в условиях загрязнения почв тяжелыми металлами. Таким образом, в отличие от изученных биохимических показателей, морфологические параметры точнее характеризовали негативные изменения в ценопопуляциях A. podagraria по градиенту химического загрязнения почв, что важно в аспекте биоиндикации экосистем при антропогенном загрязнении окружающей среды.

The morphological variability, lipid peroxidation rate (LPR) and photosynthetic pigment content in the leaves of Aegopodium podagraria L. were studied in four coenopopulations growing in urban ecosystems whose soils were contaminated, to varying degrees, with heavy metals (HM): Pb, Zn, Cu, Cr. The increase of the HM level in the soil induced a decrease in the terminal leaflet size, the average number of phens (i.e. various variants of the leaf shape), and the chlorophyll content b in leaves but the percentage of rare phens increased. At the same time, the LPR intensity decreased, which is not typical for stress situations in plants. The level of chlorophyll a and carotenoids reduced at the medium contamination level and normalized at the highest one. The data obtained indicate that the morphological and biochemical parameters of sweeps leaves characterize differently the status of this plant species with an increase in the level of soil contamination with HM. In such conditions, the phenofonds of A. podagraria coenopopulations are depleted and individuals with smaller leaf sizes develop predominantly. But at the same time, their intensity of LPR and the content of individual pigments may remain close to normal. The results of our study suggest that A. podagraria is a species capable of maintaining biochemical homeostasis under the conditions of soil contamination with heavy metals. Thus, in contrast to the studied biochemical indicators, the morphological parameters more accurately characterized the adverse changes in the coenopopulations of goutweed, which is important in the aspect of bioindication of ecosystems under anthropogenic environmental pollution.

Aegopodium podagrariaценопопуляцииморфологические признаки листафеныперекисное окисление липидовфотосинтетические пигментытяжелые металлыAegopodium podagrariacoenopopulationsleaf morphological featuresphenslipid peroxidationphotosynthetic pigmentsheavy metalsReferencesБарабой В. А. Стресс: природа, биологическая роль, механизмы, исходы. Киев: Фито-социоцентр, 2006. 424 с.Baraboy V. A. Stress: nature, biological role, mechanisms, outcomes. Kiev, Phytosociocenter Publ., 2006. 424 p. (in Russian).Безель В. С., Жуйкова Т. В., Позолотина В. Н. Структура ценопопуляций одуванчика и специфика накопления тяжелых металлов// Экология. 1998. №5. С. 376 – 382.Bezel V. S., Zhuikova T. V., Pozolotina V. N. The structure of dandelion cenopopulations and specific features of heavy metal accumulation. Russian J. Ecology, 1998. vol. 29, no. 5, pp. 331–337.Волчегорский И. А., Налимов А. Г. Сопоставление различных подходов к определению продуктов перекисного окисления липидов в гептан-изопропанольных экстрактах крови// Вопр. мед. химии. 1989. Т. 35, №1. С. 52 – 60.Volchegorsky I. A., Nalimov A. G. Comparison of different approaches to determination of lipid peroxidation products in heptane-isopropanol extracts of blood. Voprosy Meditsinskoi Khimii, 1989, vol. 35, no. 1, pp. 52 – 60 (in Russian).Воробейчик Е. Л., Хантемирова Е. В. Реакция лесных фитоценозов на техногенное загрязнение: зависимости доза–эффект// Экология. 1994. №3. С. 31 – 43.Vorobeichik E. L., Khantemirova E. V. Reaction of forest phytocenoses to technogenic pollution: dose-effect dependences. Russian J. Ecology, 1994, vol. 25, no. 3, pp. 171–180.Дуля О. В., Микрюков В. С., Воробейчик Е. Л. Стратегии адаптации Deschampsia caespitosa и Lychnis floscuculi к обитанию в условиях промышленного загрязнения: анализ с использованием зависимостей доза–эффект// Экология. 2013. №4. С. 243 – 253.Dulya O. V., Mikryukov V. S., Vorobeichik E. L. Strategies of adaptation to heavy metal pollution in Deschampsia caespitosa and Lychnis flos-cuculi: Analysis based on dose-response relationship. Russian J. Ecology, 2013, vol. 44, no. 4, pp. 271–281.Ерофеева Е. А., Наумова М. М. Влияние сульфата кадмия в широком диапазоне концентраций на физиолого-биохимические показатели проростков пшеницы// Вестн. Нижегород. ун-та им. Н. И. Лобачевского. 2010. №2 (2). С. 508 – 512.Erofeeva E. A., Naumova M. M. Influence of cadmium sulfate in a wide range of concentrations on physiological and biochemicalparameters of wheat seedlings. Vestnik of Lobachevsky University of Nizhni Novgorod, 2010, no. 2 (2), pp. 508–512 (in Russian).Ерофеева Е. А., Шаповалова К. В. Многолетний сравнительный анализ устойчивости Betula pendula (Betulaceae, Fagales) и Tilia cordata (Malvaceae, Malvales) к автотранспортному загрязнению// Поволж. экол. журн. 2015. №4. С. 390 – 399.Erofeeva E. A., Shapovalova K. V. Long-term comparative analysis ofthe resistance of Betula pendula (Betulaceae, Fagales) and Tilia cordata (Malvaceae, Malvales) to motor transport contamination. Povolzhskiy J. of Ecology, 2015, no. 4, pp. 390–399 (in Russian).Ерофеева Е. А., Сухов В. С., Наумова М. М. Двуфазная зависимость некоторых эколого-морфологических и биохимических параметров листовой пластинки берёзы повислой от уровня автотранспортного загрязнения// Поволж. экол. журн. 2009. №4. С. 288 – 295.Erofeeva E. A., Sukhov V. S., Naumova M. M. Two-phase dependence of some ecologicalmorphological and biochemical parameters of birch leaf sheet affected by the level of motor transport contamination. Povolzhskiy J. of Ecology, 2009, no. 4, pp. 288–295 (in Russian).Животовский Л. А. Популяционная биометрия. М. : Наука, 1991. 271 c.Zhivotovsky L. A. Population Biometry. Moscow, Nauka Publ., 1991. 271 p. (in Russian).Жуйкова Т. В., Мелинг Э. В., Кайгородова С. Ю., Безель В. С., Гордеева В. А. Особенности почв и травянистых растительных сообществ в условиях техногенеза на Среднем Урале// Экология. 2015. №3. С. 163 – 172.Zhuykova T. V., Meling E. V., Kaygorodova S. Y., Bezel V. S., Gordeeva V. A. Specific features of soils and herbaceous plant communities in industrially polluted areas of the Middle Urals. Russian J. Ecology, 2015, vol. 46, no. 3, pp. 213–221.Злобин Ю. А. Принципы и методы изучения ценотических популяций растений. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1989. 147 с.Zlobin Y. A. Principles and Methods for Studying Cenotic Plant Populations. Kazan, Izdatelstvo Kazanskogo universiteta,1989. 147 p. (in Russian).Камышников В. С. Справочник по клинико-биохимической лабораторной диагностике. Минск: Беларусь, 2002. Т. 2. 495 с.Kamyshnikov V. S. Reference Book on Clinical and Biochemical Laboratory Diagnostics. Minsk, Belarus Publ., 2002, vol. 2. 495 p. (in Russian).Коротченко И. С. Влияние тяжелых металлов на содержание фотосинтетических пигментов в листьях моркови// Вестн. Красноярск. гос. аграрн. ун-та. 2011. Вып. 4. С. 86 – 91.Korotchenko I. S. Influence of heavy metals on the content of photosynthetic pigments in carrot leaves. Bulletin of KrasGAU, 2011, iss. 4, pp. 86–91 (in Russian).Невидомова Е. В. Морфологическая характеристика экологических ареалов дубрав природоохранной территории Нижегородского мегаполиса «Стригинский Бор» // Modern Phytomorphology. 2014. №6. С. 181 – 188.Nevidomova E. V. Morphological characteristics of ecological areasto oak forests in the nature protection area of the Nizhny Novgorod megacity “Striginsky Bor”. Modern Phytomorphology, 2014, no. 6, pp. 181–188 (in Russian).Невидомова Е. В., Невидомов А. М., Полшкова И. А. Экология сныти обыкновенной (Аegopodium podagraria L.) в сосняках памятника природы «Дмитриевское» Краснобаковского района Нижегородской области// Биологические особенности лекарственных и ароматических растений и их роль в медицине М. : ФГБНУ ВИЛАР, 2016. С. 127 – 130.Nevidomova E. V., Nevidomov A. M., Polshkova I. A. Ecology of the goutweed (Aegopodium podagrariaL.) in the pine forests of nature monument “Dmitrievskoe” of Krasnobakovsky district of Nizhny Novgorod region. In: Biological Features of Medicinal and Aromatic Plants and Their Role in Medicine. Moscow, FGBNU VILAR, 2016, pp. 127–130 (in Russian).Невидомова Е. В., Невидомова М. А., Невидомов А. М., Полшкова И. А., Юрасова Г. Ш. Влияние антропогенных факторов на экологию Аegopodium podagraria L. в сосняках памятника природы «Дмитриевское» Краснобаковского района Нижегородской области// Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2017. Т. 20, №3. С. 44 – 48.Nevidomova E. V., Nevidomova M. A.,Nevidomov A. M., Polshkova I. A.,Yurasova G. Sh. Influence of anthropogenic factors on the ecology of Aegopodium podagrariaL. in pine forests of the monument of nature “Dmitrievskoe” of Krasnobakovsky district of Nizhny Novgorod region. Problems of Biological,Medical and Pharmaceutical Chemistry, 2017, vol. 20, no. 3, pp. 44–48 (in Russian).Полесская О. Г. Растительная клетка и активные формы кислорода. М. : Изд-во КДУ, 2007. 140 с.Polesskaya O. G. Plant Cell and Active Oxygen Species. Moscow, Izdatelstvo KDU, 2007. 140 p. (in Russian).Репкина Н. С., Таланова В. В., Титов А. Ф. Влияние тяжелых металлов на экспрессию генов у растений// Тр. Карельск. науч. центра РАН. 2013. №3. С. 31 – 45.Repkina N. S., Talanova V. V., Titov A. F. Influence of heavy metals on gene expression in plants. Trudy Karelskogo nauchnogo tsentraRAN, 2013, no. 3, pp. 31–45 (in Russian).Савинов А. Б. Анализ фенотипической изменчивости одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale Wigg.) из биотопов с разными уровнями техногенного загрязнения// Экология. 1998. №5. С. 362 – 365.Savinov A. B. The analysis of phenotypic variation in common dandelion (Taraxacum officinale Wigg.) from biotopes with differentlevels of technogenic pollution. Russian J. Ecology, 1998, vol. 29, no. 5, pp. 318–321.Савинов А. Б. Фенотипическая индикация ценопопуляций растений в условиях техногенеза// Экологический мониторинг. Методы биологического и физико-химического мониторинга. Н. Новгород: Изд-во Нижегород. ун-та, 2003. Ч. 5. С. 300 – 323.Savinov A. B. Phenotypic indication of coenopopulations of plants in the conditions of technogenesis. In: Environmental monitoring. Methods of biological and physico-chemical monitoring. Nizhnij Novgorod, Izdatelstvo Nizhegorodskogo universiteta, 2003, vol. 5, pp. 300–323 (in Russian).Савинов А. Б., Курганова Л. Н., Шекунов Ю. И. Интенсивность перекисного окисления липидов у Taraxacum officinale Wigg. и Vicia cracca L. в биотопах с разными уровнями загрязнения почв тяжелыми металлами// Экология. 2007. №3. С. 191 – 197.Savinov A. B. Kurganova L. N. Shekunov Yu. I. Intensity of lipid peroxidation in Taraxacum officinale Wigg. and Vicia craccaL. in biotopes with different levels of heavy metals pollution in soil. Russian J. Ecology, 2007, vol. 38, no. 3, pp. 174–180.Савинов А. Б., Никитин Ю. Д., Тарасова М. П. Особенности изменчивости листьев растений в городских фитоценозах разного состава (информационный аспект активности сообществ) // ХХIX Любищевские чтения. Современные проблемы эволюции и экологии. Ульяновск: Изд-во Ульян. гос. пед. ун-та, 2015. C. 479 – 484.Savinov A. B., Nikitin Yu. D., Tarasova M. P. Features of the plant leaves variability in urban phytocenoses of different composition (information aspect ofplants activity). XXIX Lyubischevskie chteniya. Sovremennye problemy evolyucii i ekologii. Ulianovsk, Izdatelstvo Ulianovskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta, 2015, pp. 479–484 (in Russian).Серёгин И. В., Иванов В. Г. Физиологические аспекты токсического действия кадмия и свинца на высшие растения// Физиология растений. 2001. Т. 48, №4. С. 606 – 630.Seregin I. V. Ivanov V. G. Physiological aspects of cadmium and lead toxic effects in higher plants. Russian J. Plant Physiology, 2001, vol. 48, no. 4, pp. 606–630.Смирнова О. В. Сныть обыкновенная// Биологическая флора Московской области. М. : Изд-во МГУ, 1974. Вып. 1. С. 131 – 141.Smirnova O. V. Goutweed. Biological Flora of the Moscow Region. Moscow, Izdatelstvo Moskovskogo universiteta, 1974, iss. 1, pp. 131–141 (in Russian).Соколова Г. Г., Камалтдинова Г. Т. Морфогенетический полиморфизм листьев клевера ползучего// Изв. Алтайск. гос. ун-та. 2010. Т. 1, №3. С. 48 – 51.Sokolova G. G., Kamaltdinova G. T. Morphogenetic polymorphism of leaves the creeping clover. Izvestiya of Altai State University, 2010, vol. 1, no. 3, pp. 48–51 (in Russian).Сокольская О. Б., Шитова Е. Ю., Кузнецова Е. А., Жильцова О. К. Роль Аegopodium podagraria в исторических садово-парковых экосистемах Приволжской возвышенности// Актуальные проблемы лесного комплекса. 2010. №25. С. 126 – 128.Sokolskaya O. B., Shitova E. Y., Kuznetsova E. A., Zhiltsova O. K. The role of Aegopodium podagrariain historical landscape park ecosystems of the Volga Upland. Aktualnyye Problemy Lesnogo Kompleksa, 2010, no. 25, pp. 126–128 (in Russian).Стальная И. Д. Метод определения диеновой конъюгации ненасыщенных кислот// Современные методы в биохимии. М. : Медицина, 1977. С. 63 – 64.Stal'naya I. D. Method for determination of diene conjugation of unsaturated acids. In: Sovremennye metodyv biokhimii. Moscow, Medicina Publ., 1977, pp. 63–64.Титов А. Ф., Таланова В. В., Казнина Н. М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск: Карельский науч. центр РАН, 2007. 172 с.Titov A. F., Talanov V. V., Kaznina N. M., Laidinen G. F. Plants Resistance to heavy metals. Petrozavodsk, Karelian Research Centre RAS, 2007. 172 p. (in Russian).Шлык А. А. Определение хлорофиллов и каротиноидов в экстрактах зеленых листьев// Биохимические методы в физиологии растений. М. : Наука, 1971. С. 154 – 170.Shlyk A. A. Determination of chlorophylls and carotenoids in extracts of green leaves. In: Biochemical Methods in Plant Physiology. Moscow, Nauka Publ., 1971, pp. 154–170 (in Russian).Шмальгаузен И. И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии. М. : Наука, 1982. 383 с.Shmalgauzen I. I. The Organism as a Whole in Individual and Historical Development. Moscow, Nauka Publ., 1982. 383 p. (in Russian).Щелчкова М. В., Стручкова Л. К., Федоров И. А. Комплексное влияние тяжелых металлов на ферментативную активность и эффективное плодородие мерзлотной лугово-черноземной почвы// Вестн. Сев. -Вост. Федер. ун-та им. М. К. Аммосова. 2010. Т. 7, № 4. С. 16 – 21.Schelchkova M. V., Struchkova L. K., Fedorov I. A. Heavy metals complex influence on enzymatic activity and effective fertility ofthe cryosolic meadow-chernozem soil. Vestnik of North-Eastern Federal University, 2010, vol. 7, no. 4, pp. 16–21 (in Russian).Экология Нижнего Новгорода. Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2008. 530 с.Ecology of Nizhny Novgorod. Nizhnij Novgorod, Izdatelstvo NNGASU, 2008. 530 p. (in Russian).Eneström J.,Andersson S., D'Hertefeldt T. Partitioning of genetic variation in the weedy clonal herb Aegopodium podagraria (Apiaceae) in Sweden // Nordic J. of Botany. 2009. Vol. 27, №5. P. 437 – 443.Eneström J., Andersson S., D'Hertefeldt T. Partitioning of genetic variation in the weedy clonal herb Aegopodium podagraria (Apiaceae) in Sweden. Nordic J. of Botany, 2009, vol. 27, no. 5, pp. 437–443.Erofeeva E. A. Developmental stability of a leaf of Pisum sativumL. under the influence of formaldehyde in a wide range ofdoses // Russ. J. of Developmental Biology. 2012. Vol. 42, №5. P. 259 – 263.Erofeeva E. A. Developmental stability of a leaf of Pisum sativum L. under the influence of formaldehyde in a wide range of doses. Russ. J. of Developmental Biology, 2012, vol. 42, no. 5, pp. 259–263.Erofeeva E. A. Hormesis and paradoxical effects of wheat seedling (Triticum aestivumL.) parameters upon exposure to different pollutants in a wide range of doses // Dose Response. 2014 а. Vol. 12, №1. P. 121 – 135.Erofeeva E. A. Hormesis and paradoxical effects of wheat seedling (Triticum aestivum L.) parameters upon exposure to different pollutants in a wide range of doses. Dose Response. 2014 а, vol. 12, no. 1, pp. 121–135.Erofeeva E. A. Dependence of dandelion (Taraxacum officinaleWigg.) seed reproduction indices on intensity of motor traffic pollution // Dose Response. 2014 b. Vol. 12, №4. P. 540 – 550.Erofeeva E. A. Dependence of dandelion (Taraxacum officinale Wigg.) seed reproduction indices on intensity of motor traffic pollution. Dose Response, 2014 b, vol. 12, no 4, pp. 540–550.Erofeeva E. A. Hormesis and paradoxical effects of drooping birch (Betula pendulaRoth) parameters under motor traffic pollution // Dose Response. 2015 а. Vol. 13, №2. P. 1 – 12.Erofeeva E. A. Hormesis and paradoxical effects of drooping birch (Betula pendula Roth) parameters under motor traffic pollution. Dose Response, 2015 а, vol. 13, no 2, pp. 1–12.Erofeeva E. A. Dependence of guaiacol peroxidase activity and lipid peroxidation rate in drooping birch (Betula pendulaRoth) and tillet (Tilia cordata Mill.) leaf on motor traffic pollution intensity // Dose Response. 2015 b. Vol. 13, №2. P. 1 – 6.Erofeeva E. A. Dependence of guaiacol peroxidase activity and lipid peroxidation rate in drooping birch (Betula pendula Roth) and tillet (Tilia cordata Mill.) leaf on motor traffic pollution intensity. Dose Response, 2015 b, vol. 13, no. 2, pp. 1–6.Olsson M. O.,Falkengren-Grerup U. Potential nitrification as an indicator of preferential uptake of ammonium or nitrate by plants in an oak woodland understory // Annals of Botany. 2000. Vol. 85, №3. Р. 299 – 305.Olsson M. O., Falkengren-Grerup U. Potential nitrification as an indicator of preferential uptake of ammonium or nitrate by plants in an oak woodland understory. Annals of Botany, 2000, vol. 85, no. 3, pp. 299–305.Shalini V., Durbey R. S. Lead toxicity induces peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants // Plant Science. 2003. Vol. 164, №4. P. 645 – 655.Shalini V., Durbey R. S. Lead toxicity induces peroxidation and alters the activities of antioxidant enzymes in growing rice plants. Plant Science, 2003, vol. 164, no. 4, pp. 645–655.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.