Морфологические изменения растений, как проявление биоиндикации в листьях и стеблях представителей рода ASPARAGUS L.

АННОТАЦИЯ

В Армении произрастает 3 вида спаржи: A. Verticillatus L, A. officinalis L, A. persicus L. Исследована оптическая плотность и количество хлорофилла в тканях листьев и стеблей мутантного растения спаржи. В тканях зараженных стеблей спаржи оптическая плотность хлорофилла ниже, чем в тканях нормальных стеблей, что не наблюдается в тканях мезофилла, при определении оптической плотности хлорофилла листьев.

ABSTRACT

Three types of Asparagus L. are distinguished in Armenia: A. verticillatus L, A. officinalis L, A.persicus L. The optical density and the amount of chlorophyll in the tissues of the leaves and stems of the mutant plant of Asparagus L. were studied. In the tissues of infected Asparagus L. stems, the optical density of chlorophyll is lower than in tissues of normal stems, which is not observed in mesophyll tissues, when determining the optical density of leaf chlorophyll.

Промышленная ботаника одно из направлений современной ботаники, предметом исследований которой является изучение особенностей роста и развития растений как показателей загрязнения окружающей среды. Изучение морфологических изменений растений позволяет оценить уровень загрязнения окружающей среды. Морфологические изменения органов растений рассматриваются как проявление биоиндикации.

Материалы и метод исследования:

Род Спаржа (Asparagus L) относится к семейству спаржевые Asparagaceae [3, ].

В роде Asparagus L известно более 300 видов. В Армении произрастает 3 вида: A. Verticillatus L, A.officinalis L, A.persicus L. Произрастает спаржа почти во всех регионах республики. Многолетний полукустарник с развитой корневой системой. Сильно разветвленное корневищное растение. В толстых, мясистых корневищах откладываются питательные вещества. Корни содержат аспарагин, аргинин, стероидные сапонины, эфирные масла, жирные кислоты, холин, до 41% сахара. Высота стебля 120-150 см. Зеленые побеги покрыты чешуеподобными листьями. В побегах содержится до 1,6-1,7% аминокислот, таких как: аспарагин, тирозин, лизин, следы ртути, алкалоидов, гликозид кониферин, ванилин, кумарин. Из микроэлементов – К, Na, Ca, Mg, P, Fe, из витаминов-B_{1 ,} B_2, PP, C, каротин (провитамин витамина А). Побеги всех видов используются в пищу в отварном, тушеном, замороженном, консервированном виде [2, с. 342; 1, с. 439-440].

Цветы мелкие полигамные, светлозеленые, иногда желтоватые. Растение цветет с конца мая до июля. Плод - округлая гладкая трехгнездная ягода.

Плоды обладают высокими вкусовыми качествами и богатым биохимическим составом. Они содержат сахара, ценные макро- и микроэлементы, яблочную кислоту, каротин (провитамин А). В разных климатических условиях Армении плоды созревают с 15 июня до 20-го августа.

Семена черные блестящие, содержат до 16% жирных масел с запахом ванили, витамины, белки, углеводы, минеральные соли, душистые и биологически активные вещества и т д. Растение обладает отличными вкусовыми, пищевыми, лечебными качествами [2, с. 342; 3, с. 153].

В Армении растение встречается в Армавирском, Котайкском, Арагацотском, Вайоцдзорском марзах, редко в Сюнике, Лори, Тавуше. Растет повсюду: в лесах, полупустынях, на каменистых склонах, в пределах высот от 800-2500 м. над у.м. В Армавирском, Котайкском, Тавушском марзах Армении выращивают 50 сортов спаржи. Наиболее распространены сорта Нахиджеванский красный, Еревани, Сатени, Хосровени, Каначени, Дехнануш, Кармрени, Ордубадский, Амбан, Гевонди.

Благодаря трудам армянских селекционеров [4], создан ряд сортов: Арагаци, Арарати, Наирии, Васпуракани, Ошакани, Воски, Масис, Скороспелый розовый.

В одном из приусадебных участков был найден экземпляр растения- мутанта спаржи.

Фотокалориметрическим методом определено содержание хлорофилла в зеленых частях нормального растения и растения – мутанта.

                          а                                                                     б

Рисунок 1. Зараженные(а) и нормальные растения спаржи (б) Армения, Ванадзор, 2017г.

Ход работы:

Ножницами мелко измельчили листья спаржи, поместили в фарфоровую чашку, добавили чистый песок и карбонат кальция, растерли до состояния кашицы. Далее добавили ацетон и продолжили растирать до появления темно-зеленой окраски. Полученную массу профильтровали через фильтровальную бумагу. Вытяжку продержали 30 минут в темном месте. Затем, с помощью фотоэлектрокалориметра AE-30F определили оптическую плотность хлорофилла в листьях зараженного и нормального растений (сх.1).

Схема 1. Изменение оптической плотности хлорофилла в стеблях и листьях спаржи, в зависимости от длины волны

Далее рассчитали содержание хлорофилла в листьях по формуле:

С_а= 12.7* E₆₆₀- 2.69*E ₄₇₀

C_b= 22.9* E₄₇₀ -4.68 *E₆₆₀

В тканях растительных органов оптическую плотность хлорофилла рассчитали по формуле:

С_а= 12.7* E₆₆₀- 2.69*E ₅₃₀

C_b= 22.9* E₅₃₀ -4.68 *E₆₆₀

В листьях зараженных растений содержание хлорофилла рассчитали по формуле:

С_а= 12.7* E ₆₆₀- 2.69*E ₅₃₀ С_а=12.7* 697-2.69*1330 С_а=5.27г/л

C_b= 22.9* E₅₃₀ -4.68 *E₆₆₀ C_b= 22.9* 1330 -4.68 *697 C_b=27.19 г/л

В листьях зараженных растений содержание хлорофилла составляет С_а=5.27г/л; C_b=27.19 г/л.

В листьях нормальных растений содержание хлорофилла рассчитали по формуле:

С_а= 12.7* E ₆₆₀ - 2.69 * E ₅₃₀ С_а=12.7*315 -2.69*542 С_а=2,54г/л

C_b= 22.9 * E₅₃₀ - 4.68 * E₆₆₀ C_b= 22.9 * 542 - 4.68 * 315 C_b=10,93 г/л

В листьях нормальных растений содержание хлорофилла составляет: С_а=2,54г/л; C_b=10,93 г/л.

С_а, C_b- это содержание хлорофилла <а> и <б> в 1мг/л, E₆₆₀- оптическая плотность хлорофилла <а>, при длине волны 660 нм, E₅₃₀ - оптическая плотность хлорофилла < б > , при длине волны 530 нм.

 При длине волны 530 нм, в зараженных листьях оптическая плотность хлорофилла больше оптической плотности в нормальных листьях в 2.45раза.

При длине волны 620 нм- в 1,92 раза и при длине волны 660 нм- в 2,21 раза.

Таким образом, в результате проведенных исследований можно заключить, что растение может быть биоиндикатором загрязнения окружающей среды.

Соотношение оптической плотности хлорофилла в тканях зараженных стеблей спаржи в 0,68 раза меньше, чем в тканях нормальных стеблей при длине волны 420 нм. При длине волны 470 нм. оптическая плотность хлорофилла в тканях зараженных стеблей спаржи в 0,43 раза меньше оптической плотности хлорофилла в тканях нормальных стеблей. При длине волны 530 нм. оптическая плотность хлорофилла в тканях зараженных стеблей спаржи в 0,43 раза меньше оптической плотности хлорофилла в тканях нормальных стеблей. При длине волны 620 нм. оптическая плотность хлорофилла в тканях зараженных стеблей спаржи в 0,35 раза меньше оптической плотности хлорофилла в тканях нормальных стеблей.

 При длине волны 660 нм. оптическая плотность хлорофилла в тканях зараженных стеблей спаржи в 0,25 раза меньше оптической плотности хлорофилла в тканях нормальных стеблей.

Таким образом, в тканях зараженных стеблей спаржи оптическая плотность хлорофилла ниже, чем в тканях нормальных стеблей, что не наблюдается в тканях мезофилла, при определении оптической плотности хлорофилла листьев.

Высокое содержание хлорофилла предполагает также высокую интенсивность фотосинтеза и большое количество асимиллятов. Этим объясняется факт, что зараженное растение в морфологическом отношении преобладает над нормальными: высота нормального растения 15 см, а зараженного растения 25 см.