Сравнительный анализ сезонной динамики пигментов растений экосистем Среднего Приобья методом спектрофотометрии.

Введение
Большое значение при изучении состояния растений имеет изучение пластичности фотосинтетического аппарата и его способности адаптироваться к условиям внешней среды. Основным показателем реакции растений на изменение условий окружающей среды является содержание хлорофиллов и каротиноидов — это основные фоторецепторы фотосинтетической клетки. Поэтому в данной работе для выявления адаптивных механизмов фотосинтетического аппарата необходимо выяснить, как происходит динамика синтеза хлоропластов и каротиноидов при росте и развитии растений в экосистемах Среднего Приобья.
Целью данного исследования было сравнение содержания пигментов (хлорофилла а, b и каротиноидов) растений в экосистемах Среднего Приобья методом спектрофотомерии. Мы знаем, что состояние запаса пигмента в листьях растений является одним из важных условий фотосинтетического аппарата. Поэтому уровень содержания пигмента в органах фотосинтеза можно использовать в качестве индикатора, определяющего потенциальную продуктивность фотосинтеза вида, а ежегодный атмосферный поток углерода является показателем реакции вида на изменения условий окружающей среды. Также установлено, что вечнозеленые растения обладают меньшей способностью накапливать пигменты в листьях, чем лиственные растения. Объектами нашего исследования в данной работе были наиболее представленные виды растений, такие как сосна (pinus sylvestris), ель (picea abies), багульник (рододендрон subsect. ledum), карликовая береза (betula nana) и сибирский кедр (pinus sibirica). При изучении содержания пигментов мы использовали спектрофотометрический метод. Спектрофотомерия представляет собой физико-химический метод исследования растворов в твердых телах, основанный на исследовании спектров поглощения в ультрафиолетовой (200-400 нм), видимой (400-760 мм) и инфракрасной областях спектра. Основное значение этого метода заключается в изучении структуры и состава различных соединений (в нашем случае растительных пигментных веществ), для качественного и количественного определения этих веществ. В спектрофотометрическом методе мы использовали 96% этанол для извлечения пигментов. Концентрацию пигментов определяли с использованием спектрофотометра SD46 и рассчитывали по формулам. Как показали наблюдения, климатические условия в 2019 году были благоприятными для нормального роста и развития растений. Было установлено, что максимальное количество пигментов в листьях растений содержится в фазе созревания плодов (август). А в листьях вечнозеленых растений, таких как сосна и ель, во время цветения обнаруживается более высокая концентрация пигментов. Известно, что лесные экосистемы на территории Нижневартовского района ХМАО-Югры находятся в условиях интенсивного антропогенного воздействия в связи с развитием нефтедобывающего комплекса, а следовательно, для рационального использования всех лесных ресурсов в районе, данные По характеристикам влияния и устойчивости древесных растений к антропогенным факторам окружающей среды необходимо. В связи с этим изучение данной проблемы очень актуально сегодня. Поэтому важным показателем жизнеспособности древесных растений является развитие и функциональное состояние их ассимиляционного аппарата, а именно особенности его развития и определения процессов фотосинтеза, дыхания и их биологической продуктивности. Поэтому одним из маркеров уровня загрязнения территории может быть пигментный состав листьев деревьев в экосистемах Среднего Приобья. Таким образом, изучение сезонной динамики пигментов растений в экосистеме Средней Оби методом спектрофотометрии является сегодня важным методом исследования.
Мы знаем, что любой организм, включая фотосинтезирующий растительный организм, находится в среде, которая представляет собой комплекс условий окружающей среды, которые влияют на жизнедеятельность этого организма. Комплекс этих условий состоит из элементов-факторов окружающей среды, это факторы, которые воздействуют на организмы и заставляют их адаптироваться. Это так называемые факторы окружающей среды. Факторы окружающей среды, в свою очередь, могут быть абиотическими (химическими - физическими) - свет, температура, атмосферное давление, влажность почвы и воздуха, то есть факторы неодушевленной природы и биотические - воздействие живых существ и антропогенное, связанные с деятельностью человека и приводящие к изменения в природе как среда обитания. В то же время воздействие факторов окружающей среды может стимулировать процессы жизнедеятельности растений, а также ограничивать, замедлять их. Основными факторами фотосинтеза являются свет, температура и влажность. Существуют также эдафические (почвенные) факторы. Чтобы определить влияние фактора окружающей среды на процесс фотосинтеза, необходимо определить количество вещества, производимого в ходе этого процесса. Фотосинтез зеленых растений в прямом и переносном смысле является как фактором, так и основным условием жизни на Земле.
1. Теоретические аспекты анализа сезонной динамики пигментов растений экосистем региона методом спектрофотометрии
1.1. Обзор теоретической базы по исследуемой теме
Для проведения исследования в данной работе рассмотрим основные теоретические вводные данные по исследуемой теме. Для начала следует дать определение понятию «Пигменты»
Пигменты — это крупные органические молекулы, которые поглощают свет определенной длины волны [1]. Цвет определяется способностью пигмента поглощать свет. Если свет, падающий на поверхность, полностью отражается от нее, эта поверхность выглядит белой. Если все лучи поглощены, поверхность воспринимается как черная. Если поглощаются только лучи определенной длины, то отражение других длин создает ощущение цвета. Например, цвет апельсиновой кожуры поглощает лучи синей части спектра, а визуально человеческий глаз определяет оранжевый цвет.
Существует три класса образующих (пластидных) пигментов:
-хлорофиллы;
-фикобилины;
-каротиноиды.
Хлоропласт содержит зеленый пигмент, называемый хлорофилл, который поглощает энергию света для фотосинтеза. Хлоропластовые пигменты относятся к двум основным группам - хлорофиллам и каротиноидам (каротины и ксантофиллы). В нормальных зеленых листьях хлорофилл намного больше, чем каротиноиды. В настоящее время существует несколько различных форм хлорофилла, которые обозначены латинскими буквами. Хлорофиллы a, b, C и d были обнаружены у высших растений и водорослей. Все фотосинтезирующие растения, включая все группы водорослей, а также цианобактерии, содержат хлорофиллы группы А (голубовато-зеленые). Хлорофилл B (желтовато-зеленый) присутствует в высших растениях, в зеленых водорослях и эвглене. Браун и диатомовые водоросли содержат хлорофилл С вместо хлорофилла В, а многие красные водоросли имеют хлорофилл d [4].
У высших растений фотосинтез наиболее эффективен, когда свет поглощается хлорофиллом а. В процессе производства питательных веществ во время фотосинтеза хлорофилл разрушается, потому что он постоянно используется. Несмотря на это, в период вегетации растения снова и снова восстанавливают свои запасы хлорофилла. Большой запас хлорофилла позволяет листьям оставаться зелеными. Возрастные изменения в хлоропластах сопровождаются изменениями цвета - от салатно-зеленого, различной интенсивности зеленого до желто-зеленого.
Изменения пигментации растений зависят от ряда факторов. В научной статье авторов Л. В. Зарубиной и В. Н. Коновалова «Особенности сезонной динамики пигментов в листьях растений сосны сфагнового кустарника» [7] показана неоднозначная реакция пигментного комплекса у отдельных видов и ботанических групп болотных растений на осушение. В этом случае факторами, которые привели к изменению пигментации, было высыхание. В другой научной статье авторов Иванов Н.А., Юмагулова Е.Р. «Особенности биохимической адаптации сосудистых растений верхних болот Среднего Приобья» [9] изучены особенности биохимического состава листьев сосудистых растений верхних болот и их жизнедеятельности. формы, а также показывает, что существует видовая специфика в накоплении углерода и азота, растворимых и структурных сахаров, а также органических форм азота. Соотношение количества углерода и азота существенно различалось у растений разных форм жизни и видов. Таким образом, основным фактором, влияющим на пигментацию, было изменение химического состава.
В статье «Влияние антропогенных факторов на содержание пигмента сосны обыкновенной в летний и зимний период на территории Нижневартовского района» авторов Е. С. Овечкин; Р. Шаяхметова, И. Сравнительный анализ изменения содержания фотосинтетических пигментов в двухлетних хвоях сосны обыкновенной и в зависимости от места произрастания и вегетационного периода. Изучены перспективы использования этих показателей в качестве фитоиндикаторов загрязнения окружающей среды. Здесь факторами, влияющими на изменение пигментации, были среда обитания и условия растительности (зазеренность и заболоченность). Характерной особенностью района данного исследования является то, что Нижневартовский район расположен в центральной части Западно-Сибирской равнины и именно в средней и северной подзонах таежных лесов. Здесь испытательные участки расположены в подзоне средней тайги, и, следовательно, природные условия исследуемой территории характеризуются суровыми климатическими условиями, то есть большой продолжительностью зимнего периода (до 255 дней) и низкими температурами. (+ 4-7 ° C), обилие осадков (650-700 мм в год) и низкий уровень солнечной радиации, что означает, что плоскостность и климатические особенности области исследования вызывают высокий озерный покров и заболоченность.
Эти исследования проводились в 2012-2013 гг. На территории Нижневартовского района, испытательный участок располагался в трех взаимосвязанных районах; первым является контрольный участок, который находился в пределах учебно-полевой базы «Церковная грива» в юго-западном направлении от города, а экспериментальные участки располагались на территории нижневартовского месторождения Самотлор. Количество хлорофиллов a, b и сумму каротиноидов рассчитывали трехкратным спектрофотометрическим методом на хвойных деревьях второго года жизни сосны обыкновенной. сущность метода заключалась в