БИОХИМИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ В РАСТЕНИЯХ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЦЕМЕНТНОЙ ПЫЛИ ОПЫТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА НА ПРИМЕРЕ БЕЛГОРОДСКОГО ЦЕМЕНТНОГО ЗАВОДА

Введение

Одной из наиболее актуальных экологических проблем современности остаётся антропогенное загрязнение окружающей среды, в том числе выбросы промышленных предприятий. Особую тревогу вызывает воздействие цементной пыли, формирующейся в процессе производства строительных материалов. Благодаря своему мелкодисперсному составу и химической активности, цементная пыль способна оказывать существенное влияние на биохимические процессы, происходящие в живых организмах, особенно в растениях, как ключевом компоненте экосистем.

Растения являются первыми индикаторами загрязнения окружающей среды, поскольку они не только поглощают вредные вещества из воздуха и почвы, но и проявляют видимые биохимические и физиологические изменения. Изучение таких изменений позволяет не только понять механизмы воздействия вредных веществ, но и предложить меры по снижению экологического ущерба. Важным аспектом при этом является изучение закономерностей накопления и трансформации химических соединений в тканях растений при длительном воздействии цементной пыли [1, с. 160].

Актуальность проблемы загрязнения окружающей среды промышленными выбросами

Индустриализация, сопровождающаяся интенсивным развитием промышленного производства, неизбежно приводит к увеличению антропогенного давления на окружающую среду. Одним из ключевых факторов этого воздействия являются промышленные выбросы, включающие в себя широкий спектр загрязняющих веществ — от газообразных соединений до твёрдых частиц.

Проблема загрязнения промышленной пылью становится особенно острой в зонах расположения крупных промышленных предприятий, где нарушаются природные балансы, происходит деградация почвенного покрова, ухудшается состояние растительности и снижается качество атмосферного воздуха. Воздействие пыли приводит к изменению физиолого-биохимических параметров растений, накоплению токсичных элементов в их тканях, снижению урожайности и биологической продуктивности.

Особенности воздействия цементной пыли на биосферу

Цементная пыль — это мелкодисперсный промышленный аэрозоль, образующийся в процессе производства портландцемента и других строительных смесей. В её составе присутствуют оксиды кальция, кремния, алюминия, железа, а также примеси тяжелых металлов (Cd, Cr, Pb, Zn и др.), сульфаты, хлориды и неорганические соединения с выраженной щелочной реакцией. Благодаря малому размеру частиц (менее 10 мкм) и их аэродинамическим свойствам, пыль обладает высокой мобильностью, может легко переноситься ветром и оседать на большие расстояния от источника выбросов.

Проблематика изучения биохимических изменений у растений

Изучение биохимических изменений у растений, подвергающихся воздействию промышленных загрязнителей, в частности цементной пыли, представляет собой сложную научную задачу, требующую комплексного подхода. Основная трудность заключается в многообразии и взаимодействии физиолого-биохимических процессов, происходящих в клетках растений в ответ на стрессовые воздействия.

Во-первых, цементная пыль обладает сложным и переменным химическим составом, который может варьироваться в зависимости от сырья, технологического процесса и степени очистки выбросов. Это создаёт трудности в определении конкретных веществ, оказывающих наиболее значимое влияние на растения, а также в воспроизводимости результатов при повторных исследованиях.

Во-вторых, реакция растений на загрязнение носит не только видовую, но и индивидуальную (сортовую, популяционную) специфику. Устойчивость к химическим стрессорам может существенно различаться даже у близкородственных культур, что требует точного подбора объектов исследования и проведения сравнительных испытаний с контролем.

Третьей сложностью является сложность интерпретации биохимических изменений, так как многие показатели (активность ферментов, уровень антиоксидантов, содержание пигментов и др.) изменяются под действием множества факторов — от климатических условий до фазы развития растения. Необходимо чёткое разграничение влияния техногенного загрязнения и естественных физиологических колебаний.

Цель и задачи исследования

Целью настоящего исследования является установление закономерностей биохимических изменений, происходящих в растениях и посевных культурах под воздействием цементной пыли, формирующейся в процессе работы Белгородского цементного завода.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Провести анализ химического состава цементной пыли, оседающей на окружающие территории, с определением содержания основных оксидов и примесей тяжёлых металлов.
2. Осуществить отбор и биохимический анализ растительного материала (диких и культурных растений), произрастающего в зоне воздействия выбросов цементного производства.
3. Сопоставить данные, полученные в зоне промышленного загрязнения, с результатами анализа контрольных образцов из относительно чистых территорий.
4. Установить степень накопления токсичных элементов в тканях растений и их влияние на физиолого-биохимическое состояние исследуемых объектов.
5. Определить возможные адаптационные механизмы и биохимические маркёры, отражающие стрессовое воздействие цементной пыли на растительные организмы.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются высшие растения, произрастающие в непосредственной зоне влияния выбросов Белгородского цементного завода. В качестве исследуемых объектов выбраны как дико произрастающие виды, характерные для природных экосистем региона, так и посевные культуры, имеющие важное сельскохозяйственное значение. Особое внимание уделено растениям, обладающим высокой чувствительностью к загрязнению и способным накапливать в тканях элементы, входящие в состав цементной пыли.

Предметом исследования выступают биохимические изменения, происходящие в тканях растений под воздействием цементной пыли, включая:

• накопление тяжёлых металлов и неорганических соединений;
• изменения в пигментном составе (хлорофиллы, каротиноиды);
• активность антиоксидантных ферментов;
• содержание витаминов, аминокислот и других метаболитов;
• проявление адаптационных и стрессовых реакций на клеточном уровне.

Химический состав цементной пыли

Цементная пыль представляет собой сложную по составу фракцию твёрдых частиц, образующихся на различных стадиях производства цемента — при дроблении, обжиге клинкера, помоле и транспортировке готовой продукции. Она включает как крупные фракции (оседающие поблизости от источника выброса), так и мелкодисперсные аэрозоли, способные переноситься на значительные расстояния с воздушными массами.

Основу цементной пыли составляют оксиды кремния (SiO₂), кальция (CaO), алюминия (Al₂O₃), железа (Fe₂O₃), магния (MgO), а также соединения серы (SO₃), калия (K₂O), натрия (Na₂O). В зависимости от минерального сырья и технологии производства в пыли также могут присутствовать оксиды титана (TiO₂), марганца (MnO), и в незначительных, но токсикологически значимых количествах — тяжёлые металлы: свинец (Pb), кадмий (Cd), хром (Cr), цинк (Zn), никель (Ni), медь (Cu), ванадий (V) и др [2, с. 43].

Известные эффекты промышленных загрязнителей на биохимию растений

Промышленные загрязнители, в том числе пыль различного происхождения, являются важными экологическими стрессорами, оказывающими многоуровневое влияние на растения. Их воздействие затрагивает как морфологические, так и биохимические параметры, нарушая нормальное течение метаболических процессов.

Одним из первых эффектов загрязнения является угнетение фотосинтетической активности. Механически оседая на поверхности листьев, частицы пыли препятствуют проникновению света, уменьшая интенсивность фотосинтеза. Однако биохимическое влияние загрязнителей значительно глубже. Исследования показывают, что под действием тяжёлых металлов и щелочных соединений, содержащихся в пыли, происходит снижение содержания хлорофилла a и b, каротиноидов, а также изменение соотношения пигментов, что свидетельствует о нарушении устойчивости светособирающего аппарата [3, с. 310].

Аналоги исследований в других регионах и странах

Проблема влияния цементной пыли и других промышленных выбросов на растительные организмы широко изучается в различных регионах мира, особенно в промышленных зонах, где расположены крупные цементные предприятия. Подобные исследования проводятся как с целью оценки экологической обстановки, так и для поиска индикаторных видов растений, отражающих уровень загрязнения среды.

На территории Европы аналогичные исследования проводились, например, в Польше и Германии, где в условиях старых промышленных зон отмечены изменения в морфометрических и биохимических показателях у растений рода Brassica и Populus. Эти исследования подтвердили устойчивые биохимические сдвиги, включая изменение активности каталазы, повышение уровня МДА и снижение фотосинтетического потенциала (Nowak et al., 2012).

В России аналогичные работы были проведены в Воронежской, Свердловской, Челябинской и Липецкой областях. Исследователи отмечали снижение продуктивности сельскохозяйственных культур, нарушенную динамику макро- и микроэлементов в почве и тканях растений, а также угнетение активности ферментных систем. Особенно чувствительными оказались злаковые культуры и бобовые.

Теоретические подходы к анализу химических превращений в биосистемах

Анализ химических превращений в биологических системах представляет собой одно из ключевых направлений современной биохимии и экотоксикологии. Подобные исследования основаны на понимании того, что любые внешние воздействия, включая техногенные загрязнители, инициируют каскад метаболических реакций, направленных на поддержание гомеостаза или адаптацию организма к новым условиям среды. В случае с растениями, основным объектом эколого-биохимических наблюдений, подобные изменения можно зафиксировать на уровне обмена веществ, ферментативной активности и накопления специфических соединений.

Одним из базовых подходов является анализ биомаркеров, то есть веществ или характеристик, чувствительно изменяющихся при воздействии загрязнителей. К ним относятся, например, уровень хлорофиллов, активность антиоксидантных ферментов (СОД, КАТ, ПО), содержание перекисных продуктов окисления липидов (в частности, малонового диальдегида), концентрация тяжёлых металлов и некоторых аминокислот. Эти параметры отражают как первичные реакции на стресс, так и долгосрочные адаптационные механизмы. Другим теоретическим направлением выступает системный анализ метаболических путей, который позволяет оценивать не отдельные параметры, а целостную картину изменений в клеточном метаболизме. Использование современных методов, таких как метаболомика и протеомика, а также математическое моделирование биохимических сетей, даёт возможность проследить, как конкретные загрязнители (например, компоненты цементной пыли) влияют на ключевые метаболические узлы — фотосинтез, дыхание, антиоксидантную защиту, синтез аминокислот и гормонов.

Применяется также подход сравнительной биохимии, при котором анализируются различия между загрязнёнными и относительно чистыми участками, между устойчивыми и чувствительными видами растений. Это позволяет выявлять устойчивые закономерности и потенциально использовать некоторые виды как индикаторы степени загрязнения.

Материалы и методы

Экспериментальная часть исследования была направлена на выявление биохимических изменений в растениях под воздействием цементной пыли, оседающей в районе Белгородского цементного завода. Для получения объективных и воспроизводимых результатов были использованы стандартные методы отбора проб, подготовки образцов и проведения биохимического анализа. В работе применялись как полевые, так и лабораторные методы, охватывающие определение химического состава пыли, содержание загрязняющих веществ в тканях растений, а также оценку активности основных метаболических и антиоксидантных систем. Методология построена с учётом общепринятых биохимических подходов, а также современных стандартов эколого-аналитических исследований.

Географическая и экологическая характеристика района (Белгород и окрестности завода)

Белгородская область расположена в южной части Среднерусской возвышенности и относится к зоне южной лесостепи, характеризующейся умеренно-континентальным климатом с чётко выраженными сезонами, благоприятными для сельскохозяйственного производства. Административный центр области — город Белгород — является крупным промышленным, транспортным и логистическим узлом. Значительную роль в экономике региона играет цементная промышленность, представителем которой является АО «Белгородский цемент», расположенный на юго-восточной окраине города.

Завод был введён в эксплуатацию в середине XX века и на протяжении десятилетий осуществляет производство цемента методом сухого и мокрого помола. Предприятие располагает масштабной производственной инфраструктурой, включая карьеры по добыче сырья, вращающиеся печи, мельницы и силосы. В технологическом процессе участвуют как неорганические природные материалы (известняк, глина), так и различные минеральные добавки, что определяет сложный химический состав выбросов. Основными источниками загрязнения окружающей среды являются цементная пыль, образующаяся при дроблении, обжиге и транспортировке сырья, а также выбросы газов и аэрозолей из вращающихся печей.

С точки зрения экологического состояния, территория вблизи Белгородского цементного завода относится к зоне повышенного экологического риска. Наблюдаются признаки деградации растительного покрова, снижение продуктивности почв, а также визуально выраженные следы загрязнения на растениях и инженерных сооружениях. Это делает данный район оптимальным полигоном для проведения эколого-биохимических исследований, направленных на выявление воздействия цементной пыли на живые организмы [4, с. 27].

Выбор объектов исследования: виды растений, посевные культуры

Для проведения исследования были отобраны растения, произрастающие в зоне прямого воздействия выбросов Белгородского цементного завода, с учётом их экологической значимости, биохимической чувствительности и способности к накоплению загрязняющих веществ. При выборе объектов особое внимание уделялось видам, которые:

• устойчиво растут на загрязнённых участках;
• играют важную роль в местных агроэкосистемах;
• являются перспективными биоиндикаторами техногенного загрязнения.

В рамках исследования использовались как дикорастущие растения, так и сельскохозяйственные культуры, типичные для региона.

Среди дикорастущих видов были отобраны представители следующих родов:

• Plantago major (подорожник большой) — как модельный индикаторный вид, широко применяемый в мониторинге загрязнений;
• Taraxacum officinale (одуванчик лекарственный) — растение с высокой способностью к аккумуляции тяжёлых металлов;
• Artemisia vulgaris (полынь обыкновенная) — представитель устойчивых к стрессу видов с выраженной реакцией на загрязнение.

Среди культурных растений основное внимание уделено следующим:

• Triticum aestivum (пшеница мягкая) — как основная зерновая культура региона;
• Zea mays (кукуруза) — широко культивируемое растение с высокой биохимической активностью;
• Pisum sativum (горох посевной) — представитель бобовых, чувствительных к загрязнению и используемых в качестве модельных объектов в физиологии растений.

Пробоотбор осуществлялся с участков, расположенных на различных расстояниях от источника выбросов, что позволило учесть градиент загрязнения. Контрольные образцы растений были собраны на экологически благополучной территории за пределами зоны воздействия завода.

Методы сбора и анализа пыли

Для оценки характера и степени загрязнения окружающей среды цементной пылью были использованы стандартные методики сбора и лабораторного анализа твёрдых выбросов. Сбор проб проводился в сухую безветренную погоду, преимущественно в утренние часы, когда осаждение частиц наиболее активно. Пробы цементной пыли отбирались с различных поверхностей — листвы растений, почвы, горизонтальных конструкций (подоконников, крыш, ограждений), а также с использованием пассивных осадочных ловушек.

Ловушки представляли собой стеклянные и пластиковые ёмкости, установленные на открытых участках на высоте 1–1,5 м от земли. Сбор проводился с периодичностью 7–10 дней в течение вегетационного периода. Образцы пыли, собранные с твёрдых поверхностей, аккуратно смывались дистиллированной водой или аккуратно счищались шпателем, после чего высушивались при комнатной температуре в течение 48 часов и хранились в герметичных контейнерах до проведения анализа.

Для определения химического состава цементной пыли применялись следующие методы:

• Гравиметрический метод — для количественного определения общего содержания осадочной пыли.
• Атомно-абсорбционная спектрофотометрия (ААС) — для определения содержания тяжёлых металлов (Pb, Cd, Cr, Zn, Cu, Ni).
• Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) — для выявления оксидного состава основных компонентов: CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO и др.
• Ионометрия и фотометрия — для оценки содержания растворимых соединений (например, сульфатов, хлоридов) и показателя кислотно-щелочного баланса (pH суспензии).

Биохимические методы анализа: спектрофотометрия, хроматография, титриметрия и др.

Для оценки биохимических изменений в тканях растений, подвергшихся воздействию цементной пыли, использовался комплекс аналитических методов, обеспечивающих высокую чувствительность и воспроизводимость результатов. Выбор методов основывался на специфике исследуемых параметров: содержания пигментов, ферментативной активности, продуктов окисления, витаминов и других метаболитов.

1. Спектрофотометрические методы

широко применялись для количественного определения:

• Хлорофиллов a и b, а также каротиноидов, по методике Арнона, с измерением оптической плотности экстрактов на длинах волн 663, 645 и 470 нм.
• Малонового диальдегида (МДА) — как показателя уровня перекисного окисления липидов, по реакции с тиобарбитуровой кислотой (ТБК).
• Аскорбиновой кислоты — методом восстановления 2,6-дихлорфенолиндофенола (ДФИФ) с последующей фотометрией.

2. Ферментативная активность

оценивалась активность ключевых антиоксидантных ферментов:

• Супероксиддисмутазы (СОД) — по способности ингибировать восстановление нитросинего тетразолия;
• Каталазы (КАТ) — по скорости разложения перекиси водорода;
• Пероксидазы (ПО) — по реакции с пирогаллолом или гваяколом.

3. Хроматографические методы

применялись для более точного анализа сложных смесей:

• Тонкослойная хроматография (ТШХ) — для разделения аминокислот и органических кислот;
• Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) — для количественного определения витаминов (в т.ч. аскорбиновой и никотиновой кислот), фенольных соединений и некоторых вторичных метаболитов.

4. Титриметрические методы

использовались для:

• оценки кислотности и щёлочности соков растений;
• определения общего содержания витамина C;
• измерения содержания растворимых сахаров (по методу Бертрана) и белков (по методу Браунштейна–Соколова).

5. Общие биохимические показатели

Кроме того, определялись:

• содержание общего белка (по методу Бредфорда или Лоури);
• содержание свободных аминокислот (по методу Нингидрина);
• углеводов — с применением антранилового или фенол-серной методик.

Все анализы проводились в трёхкратных повторностях. Результаты обрабатывались с использованием стандартных статистических методов с расчётом доверительных интервалов и коэффициентов вариации.

Статистические методы

Для обеспечения достоверности полученных экспериментальных данных и выявления значимых различий между исследуемыми группами использовался комплекс статистических методов, соответствующих современным требованиям биохимических и экологических исследований [5, с. 88].

1. Первичная обработка данных.

Все измерения проводились в трёхкратных повторностях (n=3) для каждого биохимического показателя. Рассчитывались средние значения (M), стандартное отклонение (SD), стандартная ошибка среднего (SE) и коэффициент вариации (CV), что позволяло оценить степень разброса данных и надёжность результатов.

2. Проверка на нормальность распределения.

Перед применением параметрических критериев проверялась форма распределения выборок с помощью критерия Шапиро–Уилка. В случаях отклонения от нормального распределения применялись непараметрические методы.

3. Сравнительный анализ.

Для выявления достоверных различий между контрольными и опытными образцами применялись следующие методы:

• t-критерий Стьюдента — для парных выборок с нормальным распределением;
• Mann–Whitney U-критерий — при нарушении условий нормальности или небольшом объёме выборки;
• ANOVA (дисперсионный анализ) — при сравнении трёх и более групп с последующим пост-хок тестом Тьюки или Даннета.

4. Корреляционный анализ.

Для выявления связей между концентрацией загрязняющих веществ (например, тяжёлых металлов в тканях) и изменением биохимических параметров использовался коэффициент корреляции Пирсона или Спирмена, в зависимости от характера распределения данных.

5. Математическая обработка и визуализация.

Статистическая обработка данных проводилась с использованием специализированного программного обеспечения:

• Microsoft Excel — для расчётов и построения базовых графиков;
• Statistica 10.0 и GraphPad Prism — для выполнения углублённого анализа и визуализации результатов (гистограммы, диаграммы рассеяния, графики трендов, коробчатые диаграммы и др.).

Порог статистической значимости во всех анализах принимался на уровне p ≤ 0,05. Значения, соответствующие этому критерию, считались достоверными и интерпретировались как отражающие реальное влияние цементной пыли на биохимические показатели растений.

Изменения химического состава растений при воздействии цементной пыли

Воздействие цементной пыли на растения приводит к существенным изменениям их химического состава, отражающим адаптационно-стрессовые реакции и нарушение нормального метаболизма. В ходе проведённого исследования было установлено, что в тканях растений, произрастающих в зоне выбросов Белгородского цементного завода, происходят следующие характерные изменения:

1. Снижение содержания фотосинтетических пигментов.

Отмечено достоверное снижение уровня хлорофилла a и b, а также каротиноидов по сравнению с контрольными образцами. Это свидетельствует о нарушении работы фотосинтетического аппарата и снижении эффективности световой фазы фотосинтеза. Уровень пигментов в загрязнённой зоне был в среднем на 25–40% ниже, чем в контроле, при этом отношение хлорофилла, а/б смещалось, указывая на изменение структуры хлоропластов.

2. Накопление тяжёлых металлов.

В образцах, собранных вблизи источника выбросов, наблюдалось значительное накопление свинца (Pb), кадмия (Cd), хрома (Cr), цинка (Zn) и меди (Cu). Наибольшие концентрации были зафиксированы в корневой системе и нижних листьях, что соответствует типичной модели миграции и аккумуляции металлов в растительных тканях. В некоторых случаях превышение фонов было в 3–7 раз.

3. Изменение элементного состава.

Выявлены сдвиги в содержании макроэлементов — кальция, магния, калия и фосфора. Особенно характерно увеличение содержания кальция, обусловленное высоким его уровнем в цементной пыли. Избыток кальция может вызывать нарушения ионного баланса, что отражается на функционировании мембран и ферментов.

4. Повышение уровня продуктов перекисного окисления липидов.

Содержание малонового диальдегида (МДА) в тканях растений из загрязнённой зоны было значительно выше, чем в контроле, что свидетельствует о развитии окислительного стресса. Это указывает на повреждение клеточных мембран и активизацию защитных механизмов на молекулярном уровне.

Таким образом, результаты химического анализа подтверждают, что цементная пыль оказывает выраженное токсическое действие на растения, вызывая как специфические (накопление тяжёлых металлов), так и неспецифические (окислительный стресс, снижение уровня пигментов) изменения в их химическом составе. Эти показатели могут быть использованы в качестве биомаркеров загрязнения и адаптационного ответа растительных организмов [6, с. 38].

Накопление тяжёлых металлов (например, Cr, Cd, Pb)

Одним из ключевых последствий воздействия цементной пыли на растительные организмы является её способность к внесению в биосистему тяжёлых металлов, которые затем накапливаются в тканях растений. Результаты анализа образцов, собранных в районе Белгородского цементного завода, показали достоверное увеличение содержания ряда токсичных элементов — в первую очередь хрома (Cr), кадмия (Cd) и свинца (Pb).

Хром (Cr), входящий в состав некоторых добавок и пылевых фракций, в условиях загрязнения обнаруживался в тканях растений на уровнях, в 3–5 раз превышающих контрольные значения. Он преимущественно локализовался в корнях и нижней части стебля, демонстрируя ограниченную подвижность, но оказывал влияние на метаболизм всего растения. Повышенные концентрации Cr связаны с нарушением активности ферментов, участвующих в фотосинтезе и дыхании.

Кадмий (Cd) проявил высокую степень подвижности и аккумуляции, особенно в листьях и молодых побегах. Его содержание в некоторых образцах превышало допустимые уровни более чем в 5 раз. Известно, что кадмий подавляет синтез белков, нарушает транспорт кальция и вызывает выраженный окислительный стресс, что было подтверждено увеличением уровня малонового диальдегида и активности антиоксидантных ферментов в исследуемых образцах.

Свинец (Pb), присутствующий в составе цементной пыли в виде оксидов и карбонатов, активно накапливался в корневой системе, с частичным перемещением в надземные органы. Он обладает способностью замещать кальций в клеточных стенках и нарушать функционирование мембранных белков. Концентрация Pb в растениях, собранных в зоне загрязнения, была в среднем в 4–6 раз выше, чем в контрольной выборке.

Анализ пространственного распределения тяжёлых металлов показал устойчивую тенденцию к снижению их содержания с удалением от источника загрязнения. Наибольшие концентрации фиксировались в радиусе до 1–2 км от завода, что указывает на локальный характер выбросов и прямую связь между уровнем загрязнения и степенью накопления элементов в растениях.

Изменение активности ферментов, уровня хлорофилла, витаминов, аминокислот

Одним из наиболее чувствительных индикаторов стрессового состояния растений, подвергающихся воздействию цементной пыли, являются изменения в их биохимических параметрах. В результате проведённых исследований установлены чёткие сдвиги в активности ферментных систем, уровне пигментов, содержании витаминов и аминокислот, отражающие адаптационные и защитные реакции растений [7, с. 214].

1. Активность антиоксидантных ферментов.

Наблюдалось значительное повышение активности ключевых ферментов антиоксидантной системы — супероксиддисмутазы (СОД), пероксидазы (ПО) и каталазы (КАТ). Эти изменения указывают на усиление окислительного стресса в растениях, вызванного накоплением активных форм кислорода (АФК) под воздействием токсичных компонентов цементной пыли. Особенно выраженное увеличение активности СОД было зафиксировано в листьях, где происходит основное взаимодействие с загрязнителями.

2. Снижение содержания хлорофиллов и каротиноидов.

Фотосинтетические пигменты показали выраженную отрицательную динамику. Содержание хлорофилла a и b у растений, собранных в зоне воздействия цементной пыли, было в среднем на 30–40% ниже по сравнению с контрольными образцами. Отмечалось также снижение уровня каротиноидов — важнейших компонентов, обеспечивающих фотозащиту и стабилизацию мембран. Эти изменения указывают на нарушение фотосинтетической функции и деградацию хлоропластов.

3. Изменение содержания витаминов.

Особое внимание уделялось уровню аскорбиновой кислоты (витамина C), как одному из главных внутриклеточных антиоксидантов. В условиях загрязнения её содержание снижалось на 25–35%, что может быть связано с интенсивным расходованием витамина на нейтрализацию свободных радикалов. Снижение наблюдалось также и по другим водорастворимым витаминам, участвующим в обмене веществ (например, витамину B₃ — никотиновой кислоте).

4. Сдвиги в аминокислотном составе.

Анализ свободных аминокислот выявил уменьшение концентрации пролина, серина и глутаминовой кислоты — соединений, участвующих в регуляции осмотического давления и стресс-ответах. Это может указывать на нарушение синтетических процессов и мобилизацию аминокислот в защитные механизмы. Одновременно наблюдалось накопление некоторых аминокислот, например, аргинина, что может свидетельствовать о компенсаторных механизмах.

Обнаруженные биохимические изменения позволяют сделать вывод о том, что растения активируют целый комплекс защитных и адаптационных реакций на молекулярном уровне, стремясь компенсировать токсическое воздействие цементной пыли. Эти параметры могут использоваться как надёжные маркёры состояния растительных организмов в условиях техногенной нагрузки.

Сравнительный анализ с контрольными образцами

Для объективной оценки степени воздействия цементной пыли на растения проведено сопоставление результатов, полученных из зоны загрязнения, с данными, зафиксированными на экологически чистой территории, удалённой от промышленных источников на расстояние более 10 км. Контрольные участки были выбраны с учётом схожих почвенно-климатических условий, видового состава растений и фазы вегетации, что позволило минимизировать влияние внешних факторов, не связанных с загрязнением.

1. Содержание тяжёлых металлов.

В растениях, собранных на контрольной территории, содержание свинца (Pb), кадмия (Cd) и хрома (Cr) было на порядок ниже, чем в пробах из зоны цементного завода. В частности, уровень Pb в контрольных образцах не превышал 0,5 мг/кг сухой массы, тогда как в загрязнённых районах он достигал 3,2–3,8 мг/кг. Аналогичная тенденция наблюдалась и для других токсичных элементов [8, с. 92].

2. Пигментный состав.

Содержание хлорофилла а и b в контрольных растениях было стабильно высоким, что свидетельствует о нормальной фотосинтетической активности. В загрязнённых образцах наблюдалось снижение уровня пигментов на 30–45%, что говорит о повреждении фотосинтетического аппарата под воздействием цементной пыли.

3. Антиоксидантная активность и уровень МДА.

Уровень малонового диальдегида (МДА), отражающего интенсивность перекисного окисления липидов, в контрольных растениях был в пределах 1,2–1,5 нмоль/мг белка, тогда как в опытных образцах — 2,8–3,6 нмоль/мг, что свидетельствует о выраженном окислительном стрессе. Аналогично, активность ферментов СОД и ПО в загрязнённых растениях была в 1,5–2 раза выше, чем в контрольных, указывая на мобилизацию защитных механизмов.

4. Витаминный и аминокислотный состав.

В контрольных образцах содержание аскорбиновой кислоты было выше на 20–30%, а аминокислотный профиль отражал нормальное состояние азотного обмена. В загрязнённых образцах отмечалось снижение содержания пролина и серина, что указывает на стрессовое состояние клеток.

Таким образом, сравнительный анализ подтверждает, что цементная пыль оказывает выраженное негативное воздействие на растения, вызывая структурные и функциональные нарушения на биохимическом уровне. Различия между контрольными и опытными образцами носят статистически значимый характер (p ≤ 0,05), что подтверждает достоверность выявленных закономерностей [9, с. 160].

Выводы

На основании проведённого исследования сформулированы ключевые положения, отражающие влияние цементной пыли на биохимические процессы в растениях, произрастающих в зоне техногенного воздействия. Обобщение экспериментальных данных позволило выявить устойчивые закономерности изменений, охватывающих широкий спектр физиолого-биохимических показателей. В данном разделе представлены основные выводы, полученные в результате сопоставления загрязнённых и контрольных образцов, анализа химического состава пыли, а также оценки адаптационных реакций растений. Полученные результаты имеют как фундаментальное, так и прикладное значение, и могут быть использованы при разработке экологических стандартов, агротехнических рекомендаций и программ мониторинга состояния окружающей среды в районах с повышенной техногенной нагрузкой [10, с. 153].

Список использованной литературы

1. Аникин, В. А. Основы биохимии растений. — М.: Академкнига, 2019. — 456 с.
2. Кузнецова, Н. П., Соловьева, А. И. Влияние тяжёлых металлов на обмен веществ у растений // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. — 2020. — № 2. — С. 43–49.
3. Нечаева, Т. А. Биохимия загрязнённой среды: Учебное пособие. — М.: Логос, 2018. — 320 с.
4. Новосёлов, В. Н. Оценка устойчивости растений к техногенным выбросам цементных производств // Экология и промышленность России. — 2017. — № 12. — С. 27–32.
5. Хромых, А. В. Экологическая токсикология растений: тяжёлые металлы и устойчивость культур. — СПб.: Наука, 2021. — 274 с.
6. Чижова С. И., Пшеничная Н. Н. Цитогенетический анализ при мониторинге загрязнённых территорий // Вестник экологической безопасности. — 2019. — № 2. — С. 33–38.
7. Малышева Л. П., Климова И. И., Соловьёва Е. А. Биохимия растений при загрязнении тяжёлыми металлами. — М.: Лань, 2011. — 256 с.
8. Краснов С. В. Цитогенетический мониторинг промышленных зон // Вестник БГУ. — 2016. — № 1. — С. 92–97.
9. Гребенщикова О. В. Методы цитогенетики в экологических исследованиях. — М.: Колос, 2007. — 168 с.
10. Карпухин, А. В. Методы биохимических исследований растений: Практикум. — М.: Геотар-Медиа, 2020. — 212 с.