Введение к работе
Актуальность. На территории Тюменской области добывается около 64% нефти и 91% естественного газа от общей добычи в стране. Нефтегазовая промышленность влечет за собой широкомасштабное нарушение практически всех природных компонентов: недр и атмосферы, рельефа и почв, поверхностных и грунтовых вод, флоры и фауны. Нефть в высоких концентрациях оказывает ингибирующее воздействие на рост и развитие растений. Не все организмы оказываются приспособленными к присутствию нефти, могут адаптироваться в измененных условиях, для многих нефть представляет угрозу для жизни, вызывает широкий спектр нарушений. При действии стресс-фактора, в качестве которого выступает нефтяное загрязнение, в растениях происходят изменения на биохимическом уровне: активизируются окислительные процессы. Ответной реакцией растительного организма на увеличение активности перекисного окисления липидов является повышение синтеза антиоксидантов. В результате в организме устанавливается определенный баланс между интенсивностью процессов перекисного окисления и антиокислительной активностью. Этот баланс отражает адаптационные возможности организмов, то есть приспособленность к изменяющимся условиям среды. Несмотря на многочисленные исследования по оценке влияния нефтяного загрязнения на объекты биоценозов, биохимический ответ живых организмов, как первичная реакция на действие стресс-факторов, в этих условиях изучен не достаточно полно. Таким образом, необходимо более детальное исследование для разработки путей защиты различных биологических объектов от нефтяного загрязнения.
Цель исследований: анализ биохимических механизмов защиты и изменений морфофизиологических показателей растений при действии почвы и воды, загрязненных нефтью, с ряда месторождений Тюменской области.
Задачи исследований:
-
Проанализировать состояние стрессируемости растений по содержанию продуктов перекисного окисления липидов;
-
Исследовать концентрацию пигментов фотосинтеза, всхожесть семян и морфометрические показатели проростков;
-
Изучить содержание низкомолекулярных антиоксидантов и концентрацию ферментов, защищающих от окислительного стресса, в растениях, подвергшихся действию нефтяного загрязнения;
-
Изучить активацию систем биохимической защиты растений при действии парааминобензойной кислоты в условиях нефтяного загрязнения среды;
-
Провести анализ взаимосвязей между уровнем перекисного окисления липидов и антиоксидантной активностью у растений в условиях нефтяного загрязнения.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
-
При действии нефтяного загрязнения среды растения находятся в состоянии стресса, при этом активизируются процессы перекисного окисления липидов, которые компенсируются работой антиоксидантной системы защиты.
-
При действии нефтяного загрязнения у исследуемых растений происходит уменьшение концентрации пигментов фотосинтеза, изменяется всхожесть семян и морфометрические показатели проростков.
-
Низкомолекулярные антиоксиданты и ферменты-антиоксиданты играют ключевую роль в защите растений от окислительного стресса при действии нефтяного загрязнения. Парааминобензойная кислота активизирует системы биохимической защиты растений.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые:
исследована эффективность антиоксидантной системы защиты растений под влиянием нефтяного загрязнения среды на отдельных месторождениях севера Тюменской области и юга ХМАО;
прослежена взаимосвязь между содержанием продуктов перекисного окисления липидов и концентрацией антиоксидантов;
выявлены наиболее эффективные биохимические системы, защищающие растительный организм от окислительного стресса, вызываемого нефтяным загрязнением;
изучена активация систем биохимической защиты растений при действии парааминобензойной кислоты в условиях нефтяного загрязнения среды.
Практическая значимость. Результаты научного исследования были использованы при разработке следующей природоохранной документации:
итоговый отчет по рекультивации нарушенных земель на Западно- и Восточно-Мессояхском ЛУ (заказчик ООО «Газпромнефть-Развитие»);
проект по рекультивации нефтезагрязненных земель, образованных в период деятельности ОАО «Юганскнефтегаз» (заказчик ООО «РН-Юганск-нефтегаз»);
отчет по инвентаризации загрязненных земель и шламовых амбаров на объектах ООО «РН-Пурнефтегаз».
На основе применяемых в диссертационной работе методик биохимического анализа растительного сырья был написан и издан учебно-методический комплекс – методические рекомендации «Биотестирование загрязненных сред: методы биотестирования и биоиндикации в оценке состояния окружающей среды».
Личный вклад автора. Диссертация является оригинальной научной работой. Автором определены цели и задачи исследования, собраны и проанализированы литературные данные по проблематике научной работы. Проведен подбор и апробация около 10 методик биохимического анализа растительного сырья. Автором самостоятельно проведены эксперименты по выращиванию проростков, а также высших водных растений в нефтезагрязненной среде, определение показателей их жизнедеятельности, интенсивности роста и биохимический анализ. Также проведен биохимический анализ свыше 300 образцов растений с 4 месторождений нефти.
Автор выражает глубокую благодарность к.ф-м.н., заместителю главного инженера по НИР – начальнику научно-исследовательского отдела ОАО «Гипротюменнефтегаз» Перекупка А.Г., а также исполнительному директору ООО «РАСТАМ-Экология» Мыларщикову А.М. за помощь в сборе материала, проведении химического анализа проб почвы и воды.
Особую благодарность выражаю научному руководителю д.б.н., профессору Г.А. Петуховой за ценные консультации, помощь в выборе методик и подготовке экспериментов, а также при анализе результатов и написании диссертации.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты исследования докладывались на XIII Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2008 г.), на XIV Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (г. Новосибирск, 2009 г.), на II международной научно-практической конференции «Экологический мониторинг и биоразнообразие» (г. Ишим, 2010 г.), на I и III международной конференции «Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов» (г. Тюмень, 2010 и 2012 гг.). Основные тезисы по результатам диссертационного исследования опубликованы в материалах международных конференций: XLV, XLVI, XLVIII Международная научная студенческая конференция «Студент и научно-технический прогресс» (г. Новосибирск, 2007, 2008, 2010 гг.), Проблемы экологии: чтения памяти проф. М.М. Кожова (г. Иркутск, 2010 г.). Материалы по тематике диссертационной работы также опубликованы в журнале «Современные наукоемкие технологии» (Франция, Париж, 2010 г.), в материалах VI школы-семинара молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (г. Улан-Удэ, 2011 г.). Научные статьи по тематике диссертации опубликованы в материалах IV Всероссийской конференции по водной экотоксикологии «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (г. Борок, 2011 г.), а также в материалах Всероссийской конференции с международным участием «Физиологические, биохимические и молекулярно-генетические механизмы адаптации гидробионтов» (г. Борок, 2012 г.). Научные статьи по результатам исследования опубликованы в журналах, рецензируемых ВАК: «Вестник Тюменского государственного университета» (2013 г.) и «Современные проблемы науки и образования» (2013 г.).
Опубликованность результатов. По теме диссертации опубликовано 15 работ, из них две – в журналах из перечня ВАК, одиннадцать работ – в трудах и материалах международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 174 листах, состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы из 215 наименований, в том числе 39 на иностранном языке и 3 приложений. Работа содержит 44 иллюстрации и 18 таблиц без учета приложений.
