Изменение ультраструктуры эпифитного лишайника Hypogymnia physodes под влиянием различных химических загрязнителей

Ответная реакция лишайников на загрязнение воздуха была замечена еще в XIX веке. Наибольшей чувствительностью к действию поллютантов из всех экологических групп лишайников обладают лишайники-эпифиты, поэтому индекс развития эпифитных лишайников зачастую используется лихенологами для оценки атмосферного загрязнения.

Устойчивость вида Hypogymnia physodesк воздействию различных веществ варьирует в зависимости от местообитания, что может быть связано с биологическими особенностями лишайника [1].

В настоящеевремя особенности анатомического строения лишайников являются предметом многих исследований, поскольку они отражают интенсивность протекающих в них физиологических процессов, характеризуют их реакции на изменяющиеся условия окружающей среды. Однако сведений об особенностях анатомического строения наиболее распространённых видов лишайников, произрастающих в определённых лесорастительных условиях, в отечественной лихенологической литературе крайне мало.

На процессы жизнедеятельности лишайников в естественных условиях их произрастания влияют условия освещения, свойства субстрата, состав атмосферного воздуха, доступность влаги, температура, которые в совокупности вызывают комплекс изменений, способствующих развитию приспособлений к условиям макро- и микроклимата [2]. Лишайники, произрастающие в различных условиях, приспособлены к повышенной солнечной радиации, значительным температурным колебаниям и периодическому недостатку влаги. Часто, приспособительные свойства являются многофункциональными [1].

Развитие лишайника Hypogymnia physodes является показателем относительно благополучного состояния окружающей среды [3]. Воздействие различных загрязнителей сказывается на анатомо-морфологическом строении лишайника, при этом его биологические особенности могут быть использованы в качестве индикаторов атмосферного загрязнения. Так, слоевища Hypogymnia physodes, произрастающие на коре сосен вблизи химических предприятий, имеют повреждения в виде коричневых некротическихпятен, количество которых постепенно увеличивается и за 10 лет достигает почти четвертиплощади всего таллома лишайника [4–5].

Обсуждаются современные данные о физиологических и биохимических изменениях, происходящих в симбиотическом организме лишайников под влиянием двуокиси серы, атмосферных окислителей, “кислых” дождей, соединений азота, тяжелых металлов, радиоактивного и УФ-излучения. Большая восприимчивость лишайников к загрязнению атмосферы по сравнению с цветковыми растениями основана на малой степени “избегания” стресса, что связано со строением лишайникового слоевища.

Одна из важнейших причин токсичности SO2 для лишайников заключается в его воздействии на клеточные мембраны фотобионта. Диоксид серы, проникая внутрь клетки, вызывает разрушение молекул ферментов и пигментов, ассоциированных на мембранах, что сказывается на активности физиологических процессов [6].

Так, автором работы [7] исследовалась ультраструктура нормальных и поврежденных талломов лишайника Hypogymnia physodes, которые были собраны вблизи фабрики удобрений и бумажной фабрики. Основные загрязнители фабрики удобрений: SO2 (2500-3000 т/год), NO2 (400 т/год), NH3 (250 т/год), флуориды (1 т/год); выбросы бумажной фабрики в основном состоят из SO2(4000 т/год), с присутствием небольшого количества NO2и NH3. Наблюдаемые изменения были сходны у всех талломов, собранных вблизи двух фабрик, хотя выбросы веществ были различны.

Под воздействием химических загрязнителей увеличивается число водорослей лишайников, уменьшение пиреноглобул и цитоплазматических запасных телец, увеличение полифосфатных телец по сравнению с талломами, произрастающими вдали от загрязненных территорий. У микобионтов отмечен маленький размер запасных капелек или же их полное отсутствие и увеличение числа вакуолей и темных включений в гифах.

Экспериментальное воздействие NH4Cl, NaNO3, NH4NO3на ультраструктуру лишайника Hypogymnia physodes способствует накоплению электронноплотного вещества в виде темных колец в вакуолях клеток фото- и микобионта, дегенерации части грибных клеток. Увеличение длительности экспонирования вызывает увеличение числа темных колец и разрушенных грибных клеток. При воздействии на талломы соединений фтора (HFи KF) обесцвечиваются старые части слоевищ, разбухают с последующим слипанием тилакоиды и промежутки между ними, гранулируются цитоплазма и митохондриальный матрикс водорослевых клеток. На клетки микобионта соединения фтора почти не влияют.

Вероятно, чувствительность лишайников к загрязнению атмосферы в большей степени зависит от морфологических характеристик таллома и проницаемости корового слоя [7].

Известно, что биоиндикаторы способны компенсировать оказываемое на них вредное действие среды обитания и восстанавливать первоначальное состояние после прекращения воздействия загрязняющих веществ. Путем рационального сочетания лихеноиндикации с методами химического анализа проб атмосферного воздуха возможно существенно снизить расходы и повысить объективность оценки экологической обстановки на территории любого города [8].

Список литературы

  1. Türk, R. CO2-Gaswechsel-Untersuchungen zur SO2-Resistenz von Flechten / R. Türk, V. Wirth, O.L. Lange // Oecologia. – 1974. – Vol. 15, № 1. –
    P. 33–64.
  2. Храмченкова, О.М. Методические подходы к изучению анатомического строения лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl. / О.М. Храмченкова, А.Г. Цуриков // Экологический вестник. – 2015. –Т. 34, №4. С. 110–115.
  3. Burkhardt, F.-W. Lufthygienische Schwellenwerte und Bioindikation durch Flechten / F.-W. Burkhardt // VDI-Ber. – 1987. – № 609. – S. 715 – 728.
  4. The Lichens of Great Britain and Ireland / C.W. Smith [et al.] – London: The British Lichen Society, Department of Botany, The Natural History Museum, Cromwell Road. – London, 2009. – 1046 p.
  5. Горбач, Н.В. Возможности использования Hypogymnia physodes (L.) Ach. в качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха SO2 / Н.В. Горбач, Н.Н. Кобзарь // Экология и биология низших растений: тез.докл. 9 Всесоюзного симпозиума микологов и лихенологов Прибалтийских советских республик и Белорусской ССР. Минск. 17–19 ноября 1982 г. / Академия наук Белорусской ССР. Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича. – Минск, 1982. – С. 224–225.
  6. Шапиро, И.А. Физиолого-биохимические изменения у лишайников под влиянием атмосферного загрязнения / И.А. Шапиро // Успехи соврем.биол. – 1996. – 116, №2. – С. 151–171.
  7. Holopainen, T. Alterations in the ultrastructure of epiphytic lichens Hypogymnia physodes and Alectoria capillaris caused by air pollution / T. Holopainen //  «Silva fenn.». – 1981. – Vol. 15, №4. – P. 469–474.
  8. Ефименко, Н.В. Лихеноиндикация и химический контроль воздуха в москве / Н.В. Ефименко, Ю.С. Бадтиев // Экология и промышленность России. ­– 2005. – №11. – С. 35–37

Главная картинка взята с сайта по ссылке.

© Сеглин Вероника, лаборант лаборатории моделирования и минимизации антропогенных рисков