Зубровська Ольга Миколаївна Ліпіди та вторинні метаболіти кутикули листків у адаптаційних реакціях дерев­них рослин за дії важких металів

brief description

Зубровська Ольга Миколаївна, молодший науковий спів­робітник відділу оптимізації техногенних ландшафтів Криво­різького ботанічного саду НАН України: «Ліпіди та вторинні метаболіти кутикули листків у адаптаційних реакціях дерев­них рослин за дії важких металів» (03.00.12 - фізіологія рос­лин). Спецрада Д 26.001.14 у Київському національному уні­верситеті імені Тараса Шевченка

Криворізький ботанічний сад НАН України
Національна академія наук України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
ЗУБРОВСЬКА ОЛЬГА МИКОЛАЇВНА
УДК: 581.1:581.52:502.521
ДИСЕРТАЦІЯ
ЛІПІДИ ТА ВТОРИННІ МЕТАБОЛІТИ КУТИКУЛИ ЛИСТКІВ У
АДАПТАЦІЙНИХ РЕАКЦІЯХ ДЕРЕВНИХ РОСЛИН ЗА ДІЇ ВАЖКИХ
МЕТАЛІВ
03.00.12 – фізіологія рослин
091 – Біологія
Подається на здобуття наукового ступеня
кандидата біологічних наук (доктора філософії)
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання ідей,
результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне джерело
___________________________ О.М. Зубровська
Науковий керівник Гришко Віталій Миколайович, кандидат біологічних наук,
старший науковий співробітник
Київ – 2018

ЗМІСТ
Стор.
ВСТУП…………………………………………………………………… 11
РОЗДІЛ 1. ВПЛИВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ НА ФІЗІОЛОГІЧНІ
ПРОЦЕСИ В АСИМІЛЯЦІЙНИХ ОРГАНАХ РОСЛИН ТА ЇХ
АДАПТАЦІЙНІ РЕАКЦІЇ (ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ)……………….. 22
1.1. Шляхи надходження і фізіологічні механізми поглинання і
транспорту важких металів та доступність мікроелементів для
рослинних організмів…………………………………………………… 22
1.2. Особливості акумуляції нікелю, цинку, плюмбуму і кадмію, їх
фітотоксичність та фізіологічна роль в рослинах при
поліелементному забрудненні довкілля……………………………….. 30
1.3. Активація процесів пероксидного окиснення ліпідів як
неспецифічна фізіолого-біохімічна реакція рослинного організму на
дію стресових чинників………………………………………………….. 38
1.4. Функції рослинних ліпідів як компонентів системи регуляції
гомеостазу та фізіологічної стійкості рослин………………………….. 42
1.5. Оцінка структури поверхневих ліпідів кутикули листків в умовах
промислового забруднення…………………………………………….. 49
1.6. Роль ліпаз в ліпідному обміні рослин за стресових умов……….. 53
Список використаних джерел…………………………………………… 56
РОЗДІЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ.
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ………………………... 89
2.1. Характеристика району досліджень та моніторингових ділянок 89
2.2. Матеріали досліджень………………………………………………. 95
2.3. Методи досліджень………………………………………………….. 96
Список використаних джерел…………………………………………… 102
РОЗДІЛ 3. ФІЗІОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ АКУМУЛЯЦІЇ
ДЕЯКИХ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ЛИСТКАМИ ДЕРЕВНИХ
РОСЛИН ЗА РІЗНОГО РІВНЯ ЗАБРУДНЕННЯ………………….... 105
10
Список використаних джерел……………………………………………. 122
РОЗДІЛ 4. ОЦІНКА ВПЛИВУ ПРОМИСЛОВИХ ПОЛЮТАНТІВ
НА ПЕРЕБІГ ВІЛЬНОРАДИКАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ У
ДЕРЕВНИХ РОСЛИН………………………………………………….. 124
4.1. Характер початкових етапів стресового відгуку рослин за дії
аерогенних викидів з вмістом важких металів…………………………. 125
4.2. Інтенсивність пероксидного окиснення ліпідів у клітинах рослин
за дії важких металів……………………………………………………… 131
Список використаних джерел…………………………………………… 142
РОЗДІЛ 5. ОЦІНКА ВПЛИВУ ПОЛЮТАНТІВ ПРОМИСЛОВИХ
ПІДПРИЄМСТВ НА СКЛАД ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ
КУТИКУЛИ ЛИСТКІВ ДЕРЕВНИХ РОСЛИН……………………. 146
5.1. Зміни вмісту основних ліпідних компонентів у складі кутикули
листків за умов оксидативного стресу індукованого важкими
металами…………………………………………………………………… 147
5.2. Активність ліпаз в асиміляційних органах деревних рослин за
різного рівня забруднення………………………………………………. 154
5.3. Аналіз полярних складових поверхневого шару кутикули листків
деревних рослин за впливу промислових викидів з вмістом важких
металів…………………………………………………………………….. 160
Список використаних джерел…………………………………………… 180
РОЗДІЛ 6. ОЦІНКА СТІЙКОСТІ ДЕРЕВНИХ РОСЛИН ЗА ДІЇ
КОМПЛЕКСНОГО ЗАБРУДНЕННЯ ВАЖКИМИ МЕТАЛАМИ 186
Список використаних джерел…………………………………………… 205
ВИСНОВКИ…………………………………………………………….. 208
ДОДАТКИ……………………………………………………………….. 210
Додаток А………………………………………………………………… 210
Додаток Б…………………………………………………………………. 211
Додаток В…………………………………………………………………. 212
Додаток Г…………………………………………………………………. 213
Додаток Д…………………………………………………………………. 214
11
ВСТУП
Актуальність теми. В умовах техногенного забруднення довкілля
крупних промислових регіонів міська рослинність акумулює фітотоксичні
елементи, насамперед важкі метали, в надлишкових концентраціях [1].
Внаслідок такого стресового впливу відбуваються пригнічення фізіологобіохімічних процесів та пошкодження анатомо-морфологічної будови органів
рослин, що може призводити до зниження їх фізіологічної стійкості та
декоративних якостей [2, 3, 4].
З’ясування особливостей фізіології рослин в умовах забруднення
довкілля важкими металами, з огляду на темпи розвитку гірничорудної,
металургійної, хімічної промисловості та теплової енергетики, лишаються
актуальними і є підґрунтям для створення теоретичної бази раціонального
використання і захисту рослинного світу. За даними останніх досліджень
встановлено, що у ґрунтах центральної частини м. Кривий Ріг вміст плюмбуму
вище фонового рівня по Дніпропетровщині до 40 разів, хрому – у 6-8 разів;
цинку – до 15 разів; нікелю – до 8 разів [1, 5, 6]. Зазначене обумовлюється
перевищенням техногенного навантаження в межах міста, порівняно з середнім
для Дніпропетровської області, у 38 разів [5, 7, 8]. Окрім найбільших в Україні
металургійних і гірничо-видобувних підприємств значний внесок у
забруднення територій привносить і ПАТ «Криворізький суриковий завод»,
пріоритетні викиди якого містять сполуки цинку, хрому, плюмбуму, кадмію та
нікелю, що відносяться до І та ІІ класів небезпеки [9, 10].
Особливість фізіологічного поглинання важких металів рослинами
вивчалась у різні роки і роботи стосувалися, зокрема, дослідження специфіки
транслокації мікроелементів у системі «ґрунт-рослина» в зоні дії металургійних
підприємств та гірничо-збагачувальних фабрик [11, 12, 13]. В останні
десятиліття з’ясування фітотоксичної дії промислових викидів з вмістом
важких металів на рослинність обмежувалось переважно експериментами з
сільськогосподарськими культурами [14, 15, 16], газонними травами [17] та
12
квітниково-декоративними рослинами [13, 18] і в зовсім незначній мірі деякими
деревними та деревно-чагарниковими видами [19, 20]. Саме тому вивчення
характеру накопичення та перерозподілу токсичних для живих організмів
елементів у деревних рослинах є актуальним як у теоретичному, так і
практичному значенні.
Головним завданням фізіології рослин на сьогодні, як підкреслює
Моргун В.В. [3], є вивчення молекулярних і фізіолого-біохімічних процесів у
рослині та з’ясування принципів їх інтеграції в організмі. Важливою складовою
вирішення окреслених вище завдань є з’ясування механізмів, що обумовлюють
як надходження мікроелементів та подальший їх транспорт у рослинах, так і
фізіологічну стійкість останніх за стресового стану. Насамперед, детальнішого
вивчення потребує питання акумуляції рослинами важких металів за їх
комбінованої дії, що має місце в промисловому середовищі, в ході якої можуть
проявлятися як антагонізм, так і синергізм [1, 21, 22].
Питання впливу комбінованої дії важких металів на деревні рослини, а
також особливості видоспецифічної акумуляції мікроелементів в зоні дії
промислових підприємств і на теперішній час досліджені не в повному обсязі,
хоча є досить актуальними у практичному сенсі як для розробки асортименту
стійких видів для озеленення міських територій, так і використанні їх в якості
біоіндикаторних тестів.
Оцінюючи стійкість рослин до техногенного забруднення зауважимо, що
для них характерні як специфічні, так і неспецифічні фізіологічні реакції
адаптації [23, 24], що реалізуються зокрема через процеси пероксидного
окиснення ліпідів. Оксидний стрес, як комплекс фізіолого-біохімічних реакцій
рослин на дію стресового чинника, а саме важких металів, представляє собою
універсальну відповідь на перебування організму у стресовому стані і може
об’єктивно характеризувати його фізіологічну адаптацію [25, 26]. З’ясування
механізмів перебігу вільнорадикальних процесів важливе для прогнозування
характеру дії різноманітних абіотичних і біотичних стресорів на рослину і
оцінки ефективності запропонованих заходів послаблення їх негативного
впливу [27, 28].
13
На сьогодні в достатній мірі висвітлені особливості активації та розвитку
процесів ПОЛ під впливом ультрафіолетових променів [29], гіпер- та гіпотермії
[30, 31], посухи та перезволоження [32, 33], важких металів, таких як купрум
[34, 35], кадмій [36, 37], плюмбум [36], хром [38] і цинк [16], кліностатування
[39], забруднення повітря HF [14], а також патогенів [40]. Проте, дані щодо
сумісної дії цинку, нікелю, плюмбуму та кадмію на формування адаптивних
реакцій деревних рослин майже відсутні. Саме тому з’ясування специфіки
перебігу процесів пероксидного окиснення ліпідів та динаміки
накопичення/деградації їх субстратів має важливе значення для оцінки
негативного впливу забруднення довкілля важкими металами на деревні
рослини на клітинному рівні їх організації.
В системі комплексної оцінки фізіологічного стану вищих рослин в
стресових умовах останнім часом особливу увагу приділяють механізмам їх
адаптації до дії чинників довкілля, а саме первинним реакціям рослинних
клітин за участю ліпідних компонентів. Адже деградацію ліпідів відносять до
однієї з багатьох неспецифічних фізіологічних реакцій на вплив екзогенних
факторів, оскільки кількісний та якісний склад ліпідів і жирних кислот
обумовлює специфіку розвитку найважливіших фізіологічних процесів у
рослин [41, 42].
Ліпідні сполуки характеризуються високою функціональною активністю,
задіяні в процесах первинного та вторинного метаболізму, підвищують
стійкість рослин і забезпечують їх фізіологічну адаптацію [43, 44, 45]. Вони
також розглядаються як можливі компоненти сигнальних систем, які є однією з
ланок загальної регуляції та інтеграції процесів у рослинному організмі [46, 47,
48].
В той час, як дія стресорів, серед яких і важкі метали, на ліпідний обмін
добре вивчена у тварин та бактерій [49, 50], інформація про сумісний вплив
іонів важких металів на ліпіди рослин (особливо на поверхневі ліпіди кутикули
листків) обмежена і потребує детального дослідження.
14
В літературних джерелах є відомості про порушення ліпідного обміну,
викликаного високими і низькими температурами [51], надлишком світла,
ультрафіолетовою радіацією [52], засоленням [53], патогенами [54]. Деградацію
рослинних ліпідів також вивчали за поодинокої та сумісної дії деяких важких
металів [36, 55]. Проте, сучасні дослідження як українських, так і закордонних
вчених зосереджуються в основному на мембранних ліпідах [53, 56] та ліпідах
насіння і плодів рослин [57, 58]. Слід відмітити малочисельність робіт,
присвячених вивченню поверхневого шару кутикули листків, як показника
адаптивності з фізіологічної точки зору. Вважаємо важливим дослідити зміни
складу кутикулярних ліпідів рослин як фізіологічного і механічного бар’єру для
токсикантів. Добре розвинутий шар поверхневих ліпідів кутикули здатен не
пропускати навіть ліпофільні молекули органічних речовин, адсорбуючи їх на
своїй поверхні [58, 59, 60].
У вітчизняних наукових виданнях сьогодні широко представлені роботи
зі з’ясування зміни кількісного та якісного складу поверхневих ліпідів кутикули
і, як наслідок, фізіологічних адаптаційних перебудов у листках водних [61],
квітниково-декоративних [62, 63] та хвойних рослин [64], тоді як у листках
деревних рослин, особливо листяних, ці сполуки майже не вивчалися. У
дослідженнях Штеменко Н.І. [58], Глубокої В.М. [65], Шепеленко В.М. [59],
Осінної І.О. [66], Хромих Н.О. [67] також була показана дія засолення і
гербіцидів на склад поверхневих ліпідів кутикули листків
сільськогосподарських, водних і хвойних рослин, а також бур’янів. Проте,
роботи по встановленню адаптаційних змін поверхневого шару кутикули
листків деревних рослин за впливу металовмісних забруднювачів на сьогодні
малочисельні і стосуються здебільшого дії викидів автотранспорту [68, 69].
Іноземні ж фахівці переважно займаються питанням з’ясування змін
епікутикулярних ліпідів у листках квітниково-декоративних і
сільськогосподарських рослин при фізіологічній адаптації до пошкодження
шкідниками, мікроскопічними грибами [70], за дії гербіцидів [71], важких
металів [72] та інших факторів зовнішнього середовища [73, 74]. Зовсім
15
небагато робіт присвячених вивченню ультраструктури та хімічного складу
основних ліпідних компонентів кутикулярного шару листків за дії
аеротехногенного забруднення [75, 76, 77] та надлишкових концентрацій SO2
[78, 79] у хвойних та листяних деревних рослин. Серед вчених, які займалися
оцінкою стану поверхневого шару кутикули листків деревних рослин за дії
промислового забруднення з вмістом важких металів слід відмітити роботи
Ветчиннікової Л.В. [80], Кузнєцової Т.Ю. [81] та Вернигори Є.Г. [82].
Крім власне ліпідів у фізіологічній адаптації рослин до змінених умов
довкілля активну участь приймають і речовини вторинного метаболізму
рослин, а саме терпени та феноли. Терпени є попередниками багатьох важливих
біологічних молекул і приймають участь у формуванні листової поверхні [79,
83]. На сьогодні дослідження науковців в основному зосереджені на вивченні
захисної функції терпенів поверхневого шару кутикули при взаємодії рослин з
комахами-шкідниками [84], мікроскопічними грибками [85, 86], а також їх ролі
у підвищенні термотолерантності рослин [87, 88]. Різноманітні групи
фенольних сполук у деревних рослин, як встановлено багатьма дослідниками,
відіграють важливу роль у фізіологічній адаптації до біотичних [89] та
абіотичних [90, 91, 92] факторів довкілля, а протекторна роль таких фенольних
сполук, як флавоноїди, дає підставу розглядати їх в якості універсальних
фізіологічних адаптогенів [93, 94, 95]. Проте, питання участі певних класів
терпенів та фенольних сполук у пристосувальних реакціях листків деревних
рослин до дії важких металів ще не достатньо вивчені.
Вивчення фізіологічних особливостей процесів пероксидного окиснення
ліпідів і відповідних специфічних змін ліпідного обміну, зокрема, складу
поверхневих ліпідів та вторинних метаболітів кутикули листків деревних
рослин внаслідок забруднення довкілля нікелем, плюмбумом, кадмієм та
цинком на даний час в Україні ще не проводилися, хоча за кордоном вже
існують деякі розробки в цьому аспекті [73, 96]. Значну актуальність
представляє отримання інформації про фізіолого-біохімічні зміни в структурі
16
поверхневого шару кутикули листків, які вважають адаптивними маркерними
ознаками функціонування рослин у змінених умовах довкілля [82].
Зрозуміло, що за дії полютантів змінюється і функціонування ферментів
ліпідного обміну [97, 98]. Так, іони цинку та кадмію призводять до збільшення
активності фосфоліпази А [27, 79, 99] і фосфоліпази D [100]. Зміни ліпазної
активності за дії важких металів останнім часом вивчаються переважно на
квітниково-декоративних та сільськогосподарських рослинах [36, 56, 100], а в
листках деревних рослин практично не з’ясовані. Саме тому дослідження
кількісних та якісних змін компонентів поверхневого шару кутикули листків
деревних видів, а також рівня ліпаз за промислового забруднення важкими
металами дозволять з’ясувати глибину стресового впливу сумісної дії важких
металів на асиміляційні органи деревних рослин.
Виходячи з вищенаведеного зауважимо, що оцінка стресового стану
деревних рослин за комплексної дії важких металів та встановлення
видоспецифічних змін основних компонентів поверхневих ліпідів кутикули
листків протягом морфогенезу в Україні до сьогодні практично не
опрацьовувались, проте є актуальними питаннями фізіологічної адаптації і
потребують детального вивчення. Адже деревні рослини, що тривалий час
можуть зростати за дії стресору на обмеженій території, виконують не тільки
функцію біологічних фільтрів, а й відіграють естетичну роль у
культурфітоценозах індустріальних центрів України.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу
виконано у відділі фізіології рослин і біології ґрунтів Криворізького
ботанічного саду НАН України впродовж навчання в аспірантурі у 2007-
2010 рр. і подальшій роботі у відділі в межах планових досліджень за темами:
«Зниження біодоступності токсичних сполук в ґрунтах шляхом використання
рослин з високим фітостабілізаційним потенціалом» (ғ ДР 0107U003903)
(2007-2009 рр.) і «Транслокація важких металів і фтору в системі «ґрунт –
рослина» та підвищення стійкості рослин за дії абіотичних факторів»
(ғ ДР 0110U004493) (2010-2014 рр.) Цільових програм НАН України, а також
17
фундаментальних НДР «Роль антиоксидантних ферментних систем у
формуванні адаптаційного синдрому рослин за сумісної дії ксенобіотиків та
біологічні процеси трансформації сполук азоту в техногенних едафотопах» (ғ
ДР 0111U005106) (2011-2015 рр.) і «Фізіолого-біохімічні і цитогенетичні
особливості адаптації рослин до стресової дії важких металів та процеси
біологічної мобілізації сполук карбону і нітрогену в техноземах»
(ғ ДР 0116U003465) (2016-2020 рр.) та грантом Президента України для
обдарованої молоді «Вдосконалення ефективності зелених насаджень як
біологічних фільтрів при забрудненні довкілля важкими металами задля
мінімізації екологічних ризиків для населення» (Розпорядження Президента
України ғ 72/2012-рп).
Мета і завдання дослідження. Мета роботи – встановлення
видоспецифічності акумуляції важких металів, перебігу процесів пероксидного
окиснення ліпідів та адаптаційних реакцій на рівні ліпідних компонентів і
вторинних метаболітів кутикули листків деревних рослин.
Для досягнення мети були поставлені наступні завдання:
• вивчити динаміку акумуляції нікелю, плюмбуму, кадмію та цинку
асиміляційними органами деревних рослин за дії стаціонарних джерел
забруднення;
• визначити інтенсивність перебігу процесів пероксидного окиснення
ліпідів як неспецифічних реакцій фізіологічної адаптації рослин до стресової дії
важких металів на різних стадіях морфогенезу листків;
• встановити особливість функціонування ліпаз в асиміляційних органах
деревних рослин за різного рівня забруднення;
• з’ясувати зміни певних складових поверхневого шару кутикули листків
різних за стійкістю рослин та особливості їх адаптації за дії важких металів;
• оцінити ступінь стійкості деревних рослин до промислового
забруднення та запропонувати асортимент видів для озеленення територій
промислових підприємств.
18
Об’єкт дослідження: процеси фізіологічної адаптації деревних рослин до
стресового впливу забруднення довкілля сполуками цинку, плюмбуму, кадмію
та нікелю.
Предмет дослідження: фізіолого-біохімічні особливості пероксидного
окиснення ліпідів та функціональні (пристосувальні) перебудови
(трансформації) поверхневого шару кутикули листків за участю різноманітних
ліпідних компонентів та вторинних метаболітів у деревних рослин за певного
рівня акумуляції важких металів.
Методи дослідження: фізіолого-біохімічні (атомно-абсорбційного
аналізу, спектрофотометричні, методи тонкошарової і обернено-фазової
високоефективної рідинної хроматографії), морфометричні методи оцінки
стану насаджень, статистичного аналізу та математичної обробки даних.
Наукова новизна отриманих результатів. Вперше встановлена
видоспецифічність акумуляції цинку, кадмію, плюмбуму та нікелю в листках
деревних рослин на різних стадіях їх морфогенезу. Визначено сумісний вплив
промислових викидів на вміст поверхневих ліпідів кутикули листків. Вперше за
впливу надлишку іонів важких металів показано трансформаційні зміни
різноманітних функціональних груп речовин кутикулярного шару листків, що
характеризуються новоутворенням/деградацією певних класів сполук та зміною
їх кількісного і якісного складу, а також інтенсивність ферментативних реакцій
внаслідок активації/інактивації ліпаз. Вперше показана роль різних класів
терпеноїдів, серед яких перегруповані евдесманові й кадинанові
сесквітерпеноїди та фітанові дитерпеноїди – так звані «захисні фактори», у
формуванні фізіологічної адаптації листків деревних рослин за дії
металовмісних промислових викидів. Вперше у складі поверхневого шару
кутикули листків T. cordata виявлено присутність фітанових дитерпеноїдів, а у
листках S. aucuparia ідентифіковані сорбінова та парасорбінова кислоти, які
раніше знаходили в плодах. У листках A. negundo, T. cordata і A. hippocastanum
виявлено значну кількість стеролів, стигмастанових та ергостанових стероїдів,
які разом з терпеноїдами регулюють агрегатний стан поверхневого шару
19
кутикули та його проникність. Отримані дані розширюють уявлення про
адаптивні можливості деревних рослин в промислових умовах та вказують на
видоспецифічність проявів фізіологічної стійкості, обумовленої якісними і
кількісними змінами компонентів поверхневого шару кутикули листків за
стресових умов.
Практичне значення отриманих результатів. Виявлені фізіологобіохімічні зміни компонентів поверхневого шару кутикули листків можуть
використовуватись для оцінки фізіологічного стану деревних рослин в умовах
забруднення середовища важкими металами. На підставі визначення
акумуляційної здатності та рівня ураження асиміляційних органів, гілок і
стовбуру було розроблено і впроваджено асортимент рослин для озеленення
зон сильного рівня забруднення ПАТ «Криворізький суриковий завод».
Результати досліджень впроваджено на ПАТ «Криворізький суриковий
завод» (м. Кривий Ріг), а також використовуються на кафедрі ботаніки та
екології Криворізького педагогічного інституту КНУ при викладанні окремих
лекцій курсу «Фізіологія рослин» та спецкурсів: «Фізіологія та захист рослин»,
«Рослинність техногенних екотопів» і «Промислова екологія»; на кафедрі
садово-паркового господарства та генетики рослин Запорізького національного
університету при викладанні окремих лекцій курсу «Фізіологія та біохімія
рослин», «Фізіологія рослин», «Біоекологія» і «Анатомія та морфологія
рослин»; на кафедрі фізіології та інтродукції рослин Дніпропетровського
національного університету ім. Олеся Гончара при викладанні окремих лекцій
курсу «Фізіологія та біохімія рослин».
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійною
роботою автора. Розробку програми досліджень, планування головних
напрямків роботи виконано за наукового керівництва к.б.н., ст.н.с.
В.М. Гришка. Здобувач особисто опрацював численну літературу; самостійно
оволодів методиками досліджень; планував та проводив експериментальну
роботу; у співавторстві з к.б.н. Гришко В.М. та к.б.н. Граховим В.П. підготував
наукові матеріали до друку. Дослідження з використанням високоефективної
20
рідинної хроматографії проводились у Центрі колективного користування
Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка НАН України за участю
к.б.н. Грахова В.П. Експериментальні дані, висновки та узагальнення, викладені
у дисертації, отримані здобувачем самостійно.
Апробація результатів дисертації. Основні наукові результати
оприлюднені та обговорені на засіданнях Вченої ради Криворізького
ботанічного саду НАН України (2007-2017 рр.) та були представлені автором на
міжнародних та всеукраїнських конференціях: «Відновлення порушених
природних екосистем» (Донецьк, 2008), «Біологія: від молекули до біосфери»
(Харків, 2008), «Проблеми збереження біорізноманіття в природних та
техногенно порушених екосистемах» (Кривий Ріг, 2008), «Молодь і поступ в
біології» (Львів, 2009), «Актуальні проблеми ботаніки та екології» (Кременець,
2009), «Перспективи розвитку лісового та садово-паркового господарства»
(Умань, 2010), «Наукові, прикладні та освітні аспекти фізіології, генетики,
біотехнології рослин і мікроорганізмів» (Київ, 2010), «Інтродукція рослин,
збереження та збагачення біорізноманіття в ботанічних садах і дендропарках»
(Київ, 2010), «Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку» (Донецьк,
2010), «Растение и стресс» (Москва, 2010), «Регуляція росту і розвитку рослин:
фізіолого-біохімічні та генетичні аспекти» (Харків, 2011), «Наукові, прикладні
та освітні аспекти фізіології, генетики, біотехнології рослин і мікроорганізмів»
(Київ, 2012), «Инновационные направления современной физиологии
растений» (Москва, 2013), «Регуляція росту і розвитку рослин: фізіологобіохімічні і генетичні аспекти» (Харків, 2014), «Інтродукція рослин, збереження
та збагачення біорізноманіття в ботанічних садах та дендропарках» (Київ,
2015), «Фундаментальные и прикладные проблемы современной
экспериментальной биологии растений» (Москва, 2015), «Наукові, прикладні та
освітні аспекти фізіології, генетики, біотехнології рослин і мікроорганізмів»
(Київ, 2016), а також на IV з’їзді Українського товариства фізіологів рослин
(Київ, 2009) та ХІІІ з’їзді Українського ботанічного товариства (Львів, 2011).
21
Публікації. Основний зміст роботи відображено у 28 наукових
публікаціях, з них – одна монографія і 8 статей, у тому числі 1 зарубіжна, 4 у
фахових виданнях, 2 статті у журналах, що в ходять до наукометричних баз та
19 тез доповідей у матеріалах наукових конференцій і з’їздів.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 219
сторінках друкованого тексту і складається із вступу, 6 розділів, висновків,
списку використаних джерел, що включає 432 найменування, серед яких 179
іноземних джерел (латиницею). Робота містить 19 таблиць, 21 рисунок та
5 додатків.

bibliography

ВИСНОВКИ
На основі системного аналізу метаболічних трансформацій
компонентного складу ліпідів поверхневого шару кутикули листків, процесів
пероксидного окиснення ліпідів, активності ліпаз та рівня ушкодження рослин
встановлена видоспецифічність при формуванні фізіологічної стійкості
деревних видів на промислове забруднення важкими металами.
1. За рівнем акумуляції цинку, нікелю, плюмбуму і кадмію листками
дослідні види розділені на три групи: І – з високим акумуляційним потенціалом
(перевищення фонового рівня більше ніж у 5 разів) включає P. bolleana,
P. italica і S. aucuparia; ІІ – з середнім акумуляційним потенціалом (перевищує
фоновий рівень у 3-5 разів) включає P. deltoides, T. cordata і A. negundo; ІІІ – з
низьким акумуляційним потенціалом (перевищує фоновий рівень до 2,5 разів)
включає A. hippocastanum, U. laevis і B. pendula.
2. Доведено, що на початковому етапі морфогенезу листків у видів з
високим і середнім акумуляційним потенціалом забруднення спричинювало
підвищення вмісту дієнових і триєнових кон’югатів в 1,3-1,7 рази. Наприкінці
фази завершення росту листків їх кількість знижувалась (особливо дієнових
кон’югатів), що свідчить про поглиблення стресового навантаження.
3. За сильного рівня забруднення у видів з високим і середнім
акумуляційним потенціалом (P. bolleana, P. italica, S. аucuparia, T. cordata і
A. negundo) вміст ТБК-активних сполук зростав до 1,7 раза, тоді як у видів з
низьким рівнем акумуляції токсикантів (A. hippocastanum, U. laevis і B. pendula)
– у 2,5-3,9 разів, що і обумовлювало вищу фізіологічну стійкість перших двох
груп видів в змінених умовах довкілля.
4. Зростання вмісту фосфоліпідів, етерів стеролів і вільних жирних
кислот, на тлі зменшення частки ди- і тригліцеридів у видів і високим та
середнім акумуляційним потенціалом (P. italica, A. negundo, S. аucuparia і
T. cordata) свідчить про видоспецифічність систем регуляції й інтеграції
окремих елементарних реакцій, які в подальшому реалізуються у формуванні
стійкості організмів до дії промислового забруднення.
209
5. Доведено, що у видів з низьким акумуляційним потенціалом (U. laevis,
A. hippocastanum і B. pendula) посилення процесів пероксидації призводило до
інгібування активності кислих форм ліпаз у 2,3-2,6 рази, а у більш стійких видів
(P. bolleana, P. іtalicа і S. aucuparia) – навпаки до їх активації майже в 2 рази,
тоді як активність лужних ліпаз зменшувалась на 20%.
6. Вперше у складі поверхневого шару кутикули листків T. cordata
ідентифіковані фітанові дитерпеноїди, а у S. aucuparia – сорбінова і
парасорбінова кислоти, які раніше знаходили в плодах. У A. negundo, T. cordata
і A. hippocastanum виявлено значну кількість стеролів, стигмастанових і
ергостанових стероїдів, які разом з терпеноїдами регулюють агрегатний стан
поверхневого шару кутикули.
7. У видів з високим акумуляційним потенціалом вплив полютантів
викликав збільшення рівня сполук з високою антиоксидантною активністю: у
P. italica до 9 разів простих ароматичних сполук і фенолів, а у S. аucuparia до
1,8 разів флаван-3-,4-олів і проантоціанідинових флавоноїдів.
8. Вперше показана роль терпеноїдів, як складових кутикулярного шару,
у формуванні фізіологічної адаптації листків деревних рослин за дії важких
металів. У видів з середнім акумуляційним потенціалом загальною особливістю
було збільшення до 3 разів флавоноїдів і до 8 разів терпеноїдів (за рахунок їх
видоспецифічних складових) та зменшення до 1,5 разів рівня стеролів. Тоді як у
видів з низьким акумуляційним потенціалом вміст терпеноїдів і флаваноїдів
знижувався в 1,5-2,0 рази.
9. За стійкістю насаджень деревні рослини в промислових умовах
розділені на дві групи. До першої, з сумарним балом ураження асиміляційних
органів, гілок і стовбуру, що не перевищує 1,5, належать P. bolleana, P. italica,
A. negundo та T. cordata. Другу складають види із сумарним балом ушкоджень
до 2,2 (P. deltoides, S. aucuparia, U. leavis, A. hippocastanum і B. pendula). Їхні
насадження потребують часткової або повної реконструкції. В умовах сильного
забруднення важкими металами в озелененні територій рекомендовано
використовувати види першої групи.