Выпускная квалификационная работа (ВКР) на тему "Морфо-биохимический статус сосны обыкновенной (pinus sylvestris) в условиях техногенного загрязнения в г Ханты- Мансийске"

Дипломная работа (ВКР) Тюмгу (Тюменский Государственный Университет). Готовая дипломная работа на тему "Морфо-биохимический статус сосны обыкновенной (pinus sylvestris) в условиях техногенного загрязнения в г Ханты- Мансийске"

Описание работы

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ
Кафедра экологии и генетики

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК
Заведующий кафедрой Д.б.н. профессор
И. В. Пак 2023 г.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
дипломная работа

МОРФО-БИОХИМИЧЕСКИЙ СТАТУС СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (PINUS SYLVESTRIS) В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В Г. ХАНТЫ- МАНСИЙСКЕ
06.05.01. Биоинженерия и биоинформатика Выполнил работу

Студент 5 курса
очной формы обучения
Руководитель Д.б.н., профессор

Рецензент
Вед. науч. сотр.
к.б.н. Тюменского филиала ФГБНУ «ВНИРО», доцент кафедры ВБ и АК ГАУ “Северного Зауралья”

Тюмень, 2023

РЕФЕРАТ
Стр. 60, табл. 14, библ. 72.
Исследовали влияние автомобильных выхлопных газов на жизнедеятельность сосны обыкновенной на морфофизиологическом и биохимическом уровне в окрестностях г. Ханты-Мансийска. Исследования проводились на нескольких участках в течение 2ух лет, участки расположены в непосредственной близости от мест активного движения автотранспорта. Для оценки уровня загрязнения атмосферы в испытуемых районах было подсчитано количество проезжающих автомобилей за час. При проведении работы были изучены морфофизиологические признаки сосны обыкновенной: длина хвои, количество хвои на 10 см побега, размеры шишек, количество чешуек. Было проведено определение концентрации продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ), выяснено содержание пигментов фотосинтеза в клетках хвои сосны и проанализировано суммарное количество фенолов и флавоноидов. Общее морфо-биохимическое состояние сосны обыкновенной под воздействием загрязнителей ухудшается.
В результате исследования было выявлено превышение ПДК загрязняющих веществ на участках исследования. Обнаружено уменьшение морфофизиологических показателей сосны обыкновенной. Зафиксировано увеличение продуктов ПОЛ, уменьшение суммы пигментов фотосинтеза, увеличение фенолов и флавоноидов и уменьшение количества каротиноидов.
Ключевые слова: автотранспорт, загрязняющие вещества, сосна обыкновенная, морфофизиологические показатели, хлорофилл, каротиноиды, ПОЛ, фенолы, флавоноиды.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕИЯ ВОЗДУХА 6
1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМСОФЕРЫ 9
1.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ АТМОСФЕРЫ 15
1.4. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА МОРФОФИЗИОЛОГЧИЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАСТЕНИЙ 16
1.5. АНТИОКСИДАНТНАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙОшибка! Закладка не определена.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
2.1. МАТЕРИАЛ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
2.2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 22
2.3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТА 24
2.4. МЕТОДЫ ПОСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТА 25
2.5. МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 29
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ Ошибка!
Закладка не определена.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 31
ПРИЛОЖЕНИЕ 38

ВВЕДЕНИЕ
Автомобильный транспорт - один из крупнейших загрязнителей атмосферного воздуха. Влияние автотранспорта на окружающую среду выражается в выбросах в атмосферу загрязняющих веществ с отработавшими газами транспортных двигателей. Увеличение количества автотранспорта ведет к росту уровня загрязнения атмосферы. Всё это требует увеличения количества и качества контроля над состоянием нашей природы.
Основными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферу от автомобилей, являются: оксиды углерода, азота, серы, бенз(а)пирен, сажа, зола, свинец, углеводороды, формальдегид. Все они оказывает отрицательное влияние на все уровни жизнедеятельности растений и приводят к деградации растительности. Они нарушают жизненно важные биохимические процессы в организме растения, а также структурную организацию их клеток [Жиров, с. 166]. Под влиянием токсичных веществ у растений могут уменьшаться размер хлоропластов, в следствие чего нарушается фотосинтетическая активность растения, а также уменьшается общее содержание хлорофилла в 1,5-2 раза. Ухудшается морфо-физическое состояние растений, в том числе размеры вегетативных органов растения.
Морфофизиологические показатели отражают изменение концентрации веществ в органах растения на биохимическом уровне. Известно, что растения могут реагировать на отклонения факторов среды от нормы, это включает специфические и неспецифические реакции. Под неспецифической реакцией подразумевается формирование свободных радикалов и активных форм кислорода, которые в свою очередь провоцируют перекисное окисление липидов, разрушение пигментов фотосинтеза и клеточных структур, а также подавление роста и развития растения. Под воздействие процесса ПОЛ мембраны клеток растений могут полностью утратить барьерную функцию, а также это приводит к энергетическому голоду клетки [Чеснокова, Понукалина, Бизенкова, с. 110–121].


Целью работы является оценка влияния автотранспортного загрязнения на морфофизиологические и биохимические показатели сосны обыкновенной.
Задачи:
1) Измерить количество проезжающего автотранспорта на исследуемых участках и количество токсичных веществ, выделяемых автотранспортным выхлопом;
2) Исследовать состояние сосны обыкновенной по морфофизиологическим показателям;
3) Проанализировать количество диеновых конъюгатов и оснований Шиффа в хвое сосны обыкновенной;
4) Изучить концентрацию пигментов фотосинтеза в хвое сосны обыкновенной;
5) Исследовать суммарное количество антиоксидантных веществ в хвое сосны из районов исследования.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1) A. Mortensen, Skibsted L.H., Truscott T.G. The interaction of dietary...//Arch. Biochem. Biophys. 2001. Vol. 385(1). P. 9-13.
2) Climate Change. Impacts adaptation and vulnerability. Contribution of Working Group II to Assesment Report Four of the Intergovernmental Panes of Climate Change (IPCC), Cambridge, Cambridge University Press, 2007. 973 p.
3) Cutler R.G. Carotenoids and retinol: their possible importance in determining longevity of primate species // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984. Vol. 81. P. 27-31.
4) Friedlander S.K. Seinfeld J.H. A dynamical model of photochemical smog. // Environmental Science and Technology, 1969, v. 3, N 11, P. 1175-1184.
5) Gesell T.F. Prichard H.M. The technologically enhanced radiation environment
// Health Phys. 1975. N28. P. 361-366.
6) Gust D., Moore T.A., Moore A.L. et. al. The Photochemistry of Carotenoids // Carotenoids in Human Health. in Ann. NY AS. 1993. P. 691. 32-47.
7) Halliwell B., Gutteride J.M. // Iron and Free Radical Reactions: Two Aspects of Antioxidant Protection. TIBS. 1986. Vol. 11. № 9. P. 372-375.
8) Mierziak J. Flavonoids as important molecules of plant interaction with the environment / J. Mierziak, K. Kostyn, A. Kulma // Molecules. 2014. №19. P. 240-265.
9) Stanhill G., Cohen S. Global dimming: a review of the evidence for a widespread and significant reduction in global radiation with discussion of its probable causes and possible agricultural consequences// Agric. For. Meteorol., 2001. N107, P. 155- 278.
10) Анненков Н.И. Pinus sylvestris // Ботанический словарь / сост. Н. И. Анненков. СПб.: Тип. Имп. АН, 1878. 645 с.
11) Антипов В.Г. Устойчивость древесных растений к промышленным газам / В.Г. Антипов. Минск: Наука и техника, 1979. С. 210 - 216.
12) Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды Академия наук СССР. Москва: «Наука», 1986. 6 с.
13) Бадаев В.В., Егоров Ю.А., Казаков С.В. Охрана окружающей среды при эксплуатации АЭС. М.: Атомэнергоиздат, 1990. 224 с.


14) Батоян В. В. Биогеохимическая оценка состояния природной среды (опыт разработки регионального анализа) / В. В. Батоян, B. C. Вшивцев, Н. С. Касимов
// Труды биогеохимической лаборатории. М., 1990. С. 108-124.
15) Березкина М. Г. Мониторинг состояния городской среды при помощи сосны обыкновенной (Pinus Sylvestris L.) как основного биоиндикатора / М. Г. Березкина // Актуальные проблемы экологии и природопользования: сб. науч. тр. 2010. 390 с.
16) Беспаленко О.Н. Семеношение сосны в зоне техногенного воздействия // Генетика и селекция на службе лесу / Тез. докл. Междунар. науч.-пр. конф. Воронеж, 1996. 72 с.
17) Будыко М.И. Некоторые пути воздействия на климат. «Метеорология и гидрология», 1962. № 2. С. 3-8.
18) Будыко М.И., Голицын Г.С., Израэль Ю.А. Глобальные климатические катастрофы. М.: Гидрометеоиздат, 1986. 160 с.
19) Бурлакова Е.Б., Храпова Н.Г. // Успехи химии. 1985. Т. 54. № 9. 1540. с.
20) Волкова О.Д., Самойлова Т.С. Методология экологического нормирования нагрузок выбросов автотранспорта на лесные экосистемы // М.: Пушкино, 1992. С. 35-37.
21) Воскресенская О.Л. Организм и среда: факториальная экология: Учеб. пособие / О.Л. Воскресенская, Е.А. Скочилова, Т.И. Копылова, Е.А. Алябышева, Е.В. Сарбаева. Йошкар-Ола, 2005. С. 68-70.
22) Вострикова М.А., Шкода В.В. Характеристика основных выбросов автотранспорта и их влияние на растения // Инновационная наука. 2015. № 11-3. С. 65-66
23) Глобальные факторы риска для здоровья. Смертность и бремя болезней, обусловленные некоторыми основными факторами риска. Всемирная организация здравоохранения, 2015. 70 с.
24) Дадали В.А. Каротиноиды: биодоступность, биотрансформация, антиоксидантные свойства / В.А. Дадали, В.А. Тутельян, Ю.В. Дадали, Л.В. Кравченко // Вопросы питания. 2010. Т. 79, № 2. С. 4-18.


25) Доклад о свинцовом загрязнении окр. Среды РФ и его влиянии на здоровье населения (Белая книга). М.: РЭФИА, 1997. 48 с.
26) Доклад об экологической ситуации в Ханты-Мансийском автономном округе Югре в 2020 гг.: информ. бюл. Ханты-Мансийск: НПЦ «Мониторинг», 2020. 10 с.
27) Дроздов О.А., Васильев В.А., Кобышева Н.В., Раевский А.Н., Школьный Е.П. Климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 568 с.
28) Дубровина О.А. Эколого-биологические особенности сосны обыкновенной (pinus sylvestris L.) в условиях техногенного загрязнения (на примере липецкой области: Автореф. дисс. … канд. биол. наук. Елец: ЕГУ им. И.А. Бунина, 2021. 96 с.
29) Жиров В. К. Структурно-функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на Крайнем Севере. М.: Наука, 2007. 166 с.
30) Залесов С. В., Бачурина А. В. Изменение морфометрических показателей хвои сосны обыкновенной в условиях аэропромвыбросов // Вестник МГУЛ, Лесной вестник. 2008. №3. С. 36-38.
31) Зенков Н.К., Меньшикова Е.Б. // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. Вып. 3. С. 286-296.
32) Зырянов В. Ю. Содержание выхлопных газов. Анализ бензина при сгорании / В. Ю. Зырянов. Текст: непосредственный // Молодой ученый. 2020. № 19 (309). С. 25-28.
33) Иванов А.Ф. Рост древестных растений и кислотность почв / А.Ф. Иванов
// Проблемы фитогигиены и охрана окружающей среды; под ред. Э.И. Слепяна. Зоологический институт АН СССР, 1981. С. 6-8.
34) Ивонин В.М., Шумакова Г.Е. Лесные полосы и загрязнение продуктами техногенеза придорожных агросистем // Лесохоз. инф., 1991. № 9. 16 с.
35) Игнатьева О. В. Элементный состав хвои и морфофизиологические показатели сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях техногенного загрязнения: автореф. дис. … канд. биол. наук / О. В. Игнатьева. Красноярск, 2005. 18 с.


36) Карпова Е. А. Состав и содержание фенольных соединений представителей рода Spiraea L. в условиях техногенного загрязнения г. Новосибирска / Е. А. Карпова, Е. П. Храмова // Сибирский экологический журнал. 2014. № 2. С. 283-293.
37) Кашулин П.А., Калачева H.B., Артемкина H.A., Черноус С.А. Фотохимические процессы в растениях на Севере и окружающая среда // Вестник Мурманского государственного технического университета. 2009. Т. 12.
№1. С. 137-142.
38) Кения М.В., Лукаш А.И., Гуськов Е.П. // Успехи современной биологии. 1993. Т. 113. Вып. 4. С. 456-470.
39) Кондратюк, С.Н. Промышленная ботаника / С.Н. Кондратюк, В.П. Тарабин, В.И. Бакланов, Р.И. Бурда // Проблемы фитогигиены и охрана окружающей среды; под ред. Э.И. Слепяна. Зоологический институт АН СССР, 1981. 7 с.
40) Кулагин А.А. Реализация адаптивного потенциала древесных растений в экстремальных лесорастительных условиях: Автореф. дисс. докт. биол. наук. Тольятти: ИЭВБ РАН, 2006. 36 с.
41) Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда / Ю. З. Кулагин. М.: Наука, 1974. 125 с.
42) Кулагин Ю.З. Древесные растения и промышленная среда / Ю.З. Кулагин
// Проблемы фитогигиены и охрана окружающей среды; под ред. Э.И. Слепяна. Зоологический институт АН СССР, 1981. С. 7-11.
43) Курьянов В.К., Лозовой А.Д., Су-хорослов М.С. Влияние автомобильной дороги на элемент экологической системы. // Изв. высш. учебн. заведений. Лесной журнал, 1984. № 2. С. 30-32.
44) Немерешина О.Н., Гусев Н.Ф. Влияние техногенного загрязнения на содержание флавоноидов в растениях семейства норичниковых степного Предуралья // Вестник ОГУ. Естественные науки. 2004. №10. С. 123-126.
45) Обухов А.М. Контроль чистоты воздушного океана // Город, природа, человек. М.: Мысль. 1982. С. 91-108.


46) Общие и специфические механизмы устойчивости древесных растений к антропогенному загрязнению / А. К. Буторина [и др.], 2000. С. 128-129.
47) Пескин А.В., Столяров С.Д. // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1994. № 4. С. 588- 595.
48) Петункина Л.О., Соломаткин В.П., Лыбина Л. М., Возьмилова С.Г. Накопление тяжелых металлов и серы в древесных насаждениях г. Кемерова // Кемер. гос. унт. Кемерово, 1993. 11 с. Деп. в ВИНИТИ. 15.12.93, № 3080-В 93. С. 56-61
49) Пивоваров Ю.П., Михалев В.П. Радиационная экология. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 240 с.
50) Поташева Ю.И. Влияние выбросов автомобильного транспорта на состояние сосновых насаждений / Ю.И. Поташева // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сб. науч. трудов. Архангельск, 2006. - Вып. №64. С. 189-194.
51) Правдин, Л. Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М., 1964. 255 с.
52) Семенова В.А., Влияние токсикантов на растения в придорожной зоне автотрассы «Тюмень – Петропавловск» / В.А. Семенова, А.И. Николаев. DOI 10.24419 / LHI.2304-3083.2020.2.13. Текст: электронный // Лесохоз. информ.: электронный сетевой журнал. 2020. № 2. С. 144–152.
53) Сенькевич Е. В. Цитогенетика сосны обыкновенной и березы повислой в районе Нововоронежской АЭС в связи с вопросами оценки загрязнения окружающей среды: автореф. дис. канд. биол. наук / Е. В. Сенькевич. Воронеж, 2007. 18 с.
54) Стомахина Е.Д. Хлороз как параметр экспресс-оценки степени загрязнения атмосферного воздуха. // Успехи современного естествознания. 2013. № 8. С. 56- 58.
55) Суздалева А.Л. Современный характер урбанизации и необходимость комплексного решения проблем экологической безопасности, безопасности


жизнедеятельности и охраны труда // Экология урбанизированных территорий. 2014. №2. С. 12-16.
56) Суздалева А.Л., Горюнова С.В. Биотехносфера: экология и безопасность жизнедеятельности. Монография. М.: МГПУ, 2017. 256 с.
57) Тарчевский В.В. влияние дымо-газовых выделений промышленных предприятий урала на растительность. // Растения и промышленная среда. Свердловск. 1964. С. 5-69.
58) Титова Н.М. Реакция пигментной системы сосны обыкновенной на загрязнение окружающей среды // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2013. №10. С. 122-126.
59) Третьяков Н.Н. Физиология и биохимия сельскохозяйственных растений: учеб. для студентов с.-х. вузов по агроном. специальностям / Н. Н. Третьяков, Е. И. Кошкин Н. Н. Новиков. М.: Колос, 2000. 640 с.
60) Трифонов К.И., Девисилов В.А. Физико-химические процессы в техносфере. 2022. С. 240-242.
61) Узбеков М. Г. Перекисное окисление липидов и антиоксидантные системы при психических заболеваниях. Сообщение IV / М. Г. Узбеков // Социальная и клиническая психиатрия. 2016. Т. 26, № 3. С. 65-71.
62) Федорова А. И. Практикум по экологии и охране окружающей среды / А. И. Федорова, А. Н. Никольская. М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2001. С. 84- 97, 288.
63) Фомин Б.И. Проблемы экологического мониторинга и моделирование экосистем / Б.И. Фомин и [др.]. СПб. 1992. Т. 14. 103 с.
64) Чернодубов А.И. Изменчивость морфолого-анатоми-ческих признаков сосны обыкновенной в островных борах юга Русской равнины / А.И. Чернодубов
// Лесоведение. 1994. № 2. С. 28-35.
65) Чеснокова Н.П., Понукалина Е.В. Бизенкова М.Н. Механизмы структурной и функциональной дезорганизации биосистем под влиянием свободных радикалов // Фундаментальные исследования 4, 2007. С. 110-121.


66) Чупахина Г. Н. Физиологические и биохимические методы анализа растений. Калининград : Изд-во Калинингр. ун-та, 2000. 52 с.
67) Шведова А.А., Полянский Н.Б. Метод определения конечных продуктов перекисного окисления липидов в тканях - флуоресцирующих шиффовых оснований / А.А. Шведова, Н.Б. Полянский // Исследование синтетических и природных антиоксидантов in vitro и in vivo: сб.науч. статей/ Под ред. Бурлаковой Е.Б. М.: Наука, 1992. С. 72-73.
68) Шелепова В.С., Звягинцева А.В. Бензапирен - химико-биологическая проблемы современности (С20Н12). // Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. 2017. С. 477-480.
69) Шуберт Р. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем. Москва: Мир, 1998. 350 с.
70) Шульгин И.А. Расчёт содержания пигментов с помощью номограмм / И.А. Шульгин, А.А. Ничипорович // Хлорофилл. Минск: Наука и техника, 1974. С. 127-136.
71) Ярмишко В. Т. Некоторые подходы к оценке состояния лесных фитоценозов, подверженных воздействию аэротехногенного загрязнения // Актуальные проблемы геоботаники. III Всероссийская школа-конференция. Лекции. Петрозаводск: КарНЦРАН, 2007. С. 377-382.
72) Ярмишко В.Т. Состояние ассимиляционного аппарата сосны // Влияние промышленного атмосферного загрязнения на сосновые леса Кольского полуострова. Л.: БИН АН СССР, 1990. С. 55-64.