Везде

RAS BiologyФизиология растений Russian Journal of Plant Physiology

  • ISSN (Print) 0015-3303
  • ISSN (Online) 3034-624X

Comprehensive Analysis of Biochemical Adaptations of Balsamic Poplar ( L.) to Technogenic Stress in Sanitary Protective Plantations

You can
PII
S3034624X25020044-1
DOI
10.7868/S3034624X25020044
Publication type
Article
Status
Published
Authors
R. Kh. Giniyatullin
  • Affiliation: Ufa Institute of Biology, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences
R. S. Ivanov
  • Affiliation: Ufa Institute of Biology, Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences
Volume/ Edition
Volume 72 / Issue number 2
Pages
123-134
Abstract
A comprehensive study of the biochemical adaptations of balsam poplar ( L.) growing in sanitary protection plantations of the Sterlitamak Industrial Center (SIC) was conducted. A deterioration in the vital condition of balsam poplar under conditions of industrial pollution was established. An increase in the content of gross forms of heavy metals in the soils of the industrial zone was detected, with maximum concentrations in the surface layer (0–20 cm). It was found that an excess of some heavy metals leads to a decrease in the magnesium content in poplar leaves under SIC conditions. In the zone of the highest concentration of toxicants (2–3 km from sources of petrochemical and chemical pollution), an increase in the level of hydrogen peroxide in the leaves by 41.22% was recorded compared to the conditional control zone (10–15 km from the industrial zone). Industrial emissions from city enterprises stimulated oxidative processes in poplar leaves, manifested by an increase in malondialdehyde content (by 33.73%) compared to the conditional control zone. A decrease in flavonol content and catalase activity, an enzyme in the plant antioxidant system, was demonstrated under SIC conditions. Apparently, under stress, plants utilize catalases, flavonols, and other phenolic compounds to reduce the intensification of lipid peroxidation processes. It was found that under SIC pollution, the decrease in flavonols can be compensated for by an increase in anthocyanins. During the active growing season (June-July), a decrease in chlorophyll content was recorded in the leaves of trees in the industrial zone compared to the control zone. It is concluded that technogenic pollution leads to the accumulation of heavy metals in soils, the development of oxidative stress, and the restructuring of the antioxidant system in poplar leaves. A decrease in chlorophyll content can serve as a diagnostic sign of physiological damage to balsam poplars due to exposure to industrial pollution. The detected biochemical changes represent a complex of adaptive responses by plants to industrial stress.
Keywords
Array антоцианы каталаза относительное жизненное состояние перекисное окисление липидов флавоноиды хлорофиллы
Date of publication
19.03.2026
Year of publication
2026
Number of purchasers
0
Views
32

References

  1. 1. Самусик Е.А., Маринк Т.П., Головатый С.Е. Интенсивность окислительных процессов и активность антиоксидантной системы в листьях древесных растений, произрастающих в условиях техногенного загрязнения // Социально-экологические технологии. 2022. Т. 12. № 4. С. 418. https://doi.org/10.31862/2500-2961-2022-12-4-418 @@ Samusik E.A., Marchik T.P., Golovaty S.E. Intensity of oxidative processes and activity of the antioxidant system in the leaves of woody plants growing under conditions of technogenic pollution. . 2022. Vol. 12. No. 4. P. 418. (In Russ.) https://doi.org/10.31862/2500-2961-2022-12-4-418
  2. 2. Тюлькова Е.Г. Влияние техногенных условий на содержание фотосинтетических пигментов древесных растений различных возрастных групп // Вестник Брестского государственного университета. 2019. № 1. С. 52. @@ Tyulkova E.G. Influence of technogenic conditions on the content of photosynthetic pigments of woody plants of different age groups. . 2019. No. 1. P. 52. (In Russ.)
  3. 3. Гиниятуллин Р.Х., Иванов Р.С. Оценка состояния древостоев тополя бальзамического ( L.) и характер накопления антоцианов в листьях у здоровых и сильно ослабленных деревьев в условиях промышленного загрязнения // Аграрная Россия. 2024. № 7. С. 29. https://doi.org/10.30906/1999-5636-2024-7-29-35 @@ Giniyatullin R. Kh., Ivanov R.S. Assessment of the condition of balsam poplar stands ( L.) and the nature of anthocyanin accumulation in the leaves of healthy and severely weakened trees under conditions of industrial pollution. . 2024. No. 7. P. 29. (In Russ.) https://doi.org/10.30906/1999-5636-2024-7-29-35
  4. 4. Государственный доклад “О состоянии природных ресурсов и окружающей среды Республики Башкортостан в 2022 году”. Уфа, 2023. 318 с.
  5. 5. Negrão S., Schmöckel S.M., Tester M. Evaluating physiological responses of plants to salinity stress // 2017. V. 119. P. 1. https://doi.org/10.1093/aob/mcw19
  6. 6. Загоскина Н.В., Назаренко Л.В. Активные формы кислорода и антиоксидантная система растений // Вестник МГПУ. Серия: Естественные науки. 2016. № 2. С. 9. @@ Zagoskina N.V., Nazarenko L.V. Reactive oxygen species and the antioxidant system of plants. . 2016. No. 2. P. 9. (In Russ.)
  7. 7. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance // 2002. V. 7. P. 405. https://doi.org/10.1016/s1360-1385 (02)02312-9
  8. 8. Anjum N.A., Sharma P., Gill S.S., Hasanuzzaman M., Khan E.A., Kachhap K., Mohamed A.A., Thangavel P., Devi G.D., Vasudhevan P., Sofo A. Catalase and ascorbate peroxidase — representative HO-detoxifying heme enzymes in plants // 2016. V. 23. P. 19002. https://doi.org/10.1007/s11356-016-7309-6
  9. 9. Бухарина И.Л., Гибадуллина И.И. Содержание фотосинтетических пигментов в листьях липы мелколистной в городской среде Набережных Челнов // Лесоведение. 2021. № 1. C. 52. @@ Bukharina I.L., Gibadullina I.I. Content of photosynthetic pigments in the leaves of small-leaved linden in the urban environment of Naberezhnye Chelny. . 2021. No. 1. P. 52. (In Russ.)
  10. 10. Ростунов А.А., Кончина Т.А. Влияние техногенных загрязнений на физиологические показатели листьев древесных растений на примере г. Арзамаса // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология, экология. 2016. Т. 15. С. 68. @@ Rostunov A.A., Konchina T.A. The influence of technogenic pollution on the physiological parameters of woody plant leaves on the example of the city of Arzamas. . 2016. Vol. 15. P. 68. (In Russ.)
  11. 11. Удовенко Г.В. Устойчивость растений к абиотическим стрессам // Теоретические основы селекции растений. Т. 2. Санкт-Петербург: ВИР, 1995. С. 293.
  12. 12. Серебрякова Н.Е., Карасева М.А., Карасев В.Н., Граница Ю.В. Диагностика жизнеспособности древесных растений г. Нижнекамска по активности фермента каталазы // Российский журнал прикладной экологии. 2015. № 4. С. 39. @@ Serebryakova N.E. Karaseva M.A., Karasev V.N., Granitsa Yu.V. Diagnostics of the viability of woody plants in Nizhnekamsk by the activity of the catalase enzyme. . 2015. No. 4. P. 39. (In Russ.)
  13. 13. Сарсацкая А.С. Содержание фотосинтетических пигментов у древесных пород городских насаждений // Вестник КемГУ. Серия: Биологические, технические науки и науки о Земле. 2017. № 4. С. 9. https://doi.org/10.21603/2542-2448-2017-4-9-14 @@ Sarsatskaya A.S. Content of photosynthetic pigments in tree species of urban plantings. . 2017. No. 4. P. 9. (In Russ.) https://doi.org/10.21603/2542-2448-2017-4-9-14
  14. 14. Использование кернов в лесоводственных исследованиях: методические рекомендации // Ленинг. НИИ лесн. хоз-ва. Ленинград: ЛенНИИЛХ, 1988. 43 с.
  15. 15. Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение // Под ред. В.А. Алексеева. Л.: Наука, 1990. 200 с.
  16. 16. Методика количественного химического анализа. Определение As, Cd, Co, Cr, Cu, Hd, Mn, Pb, Sb, Tm (кислотно-растворимые формы) в почвах и донных отложениях атомно-абсорбционным методом. СПб., 2005. 12 с.
  17. 17. Hill S.J., Fisher A.S. Atomic absorption, methods and instrumentation // // Ed. J.C. Lindon. Elsevier Publ. 2017. P. 37. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-803224-4.00099-6
  18. 18. Курганова Л.Н., Веселов А.П., Синицына Ю.В., Еликова Е.А. Продукты перекисного окисления липидов как возможные посредники между воздействием повышенной температуры и развитием стресса-реакции у растений // Физиология растений. 1999. Т. 46. С. 218. @@ Kurganova L.N., Veselov A.P., Sinitsyna Yu.V., Elikova E.A. Lipid peroxidation products as possible mediators between the effect of elevated temperature and the development of stress response in plants. . 1999. Vol. 46. p. 218. (In Russ.)
  19. 19. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы // Лабораторное дело. 1988. № 1. С. 16. @@ Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., Tokarev V.E. Method for determining catalase activity. . 1988. No. 1. p. 16. (In Russ.)
  20. 20. Гиниятуллин Р.Х. Биогеохимическая активность древесных видов в поглощении марганца, кадмия, свинца, никеля в зоне наибольшей концентрации токсикантов промышленного центра и в зоне условного контроля // Известия Уфимского научного центра Российской Академии наук. 2025. № 1. С. 52. https://doi.org/10.31040/2222-8349-2025-0-1-52-59 @@ Giniyatullin R. Kh. Biogeochemical activity of woody species in the absorption of manganese, cadmium, lead, nickel in the zone of the highest concentration of toxicants of the industrial center and in the conditional control zone. . 2025. No. 1. P. 52. (In Russ.) https://doi.org/10.31040/2222-8349-2025-0-1-52-59
  21. 21. Томпсон Л.М., Троу Ф.Р. Почвы и их плодородие. М.: Колос, 1982. 462 с.
  22. 22. Аканова Н.И., Козлова А.В., Мухина М.Т. Роль магния в системе питания растений // Агрохимический вестник. 2012. № 6. С. 66. https://doi.org/10.24412/1029-2551-2021-6-014 @@ Akanova N.I., Kozlova A.V., Mukhina M.T. The role of magnesium in the plant nutrition system. . 2012. No. 6. P. 66. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/1029-2551-2021-6-014
  23. 23. Foroughi M., Hoffmanr G., Teicher K., Venter F. Der erklung steigender gaben von blei, cadmium, chrom, nickel oder zink auf Kopfsalat nach kultur in nahrosund. . 1975. Bd.28, Sonderh.31/2/S. 206.
  24. 24. Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов // Под ред. Н.В. Алексеевой-Поповой. Ленинград, 1991. 213 с.
  25. 25. Гарифзянов А.Р. Образование перекиси водорода и проявления окислительного стресса в листьях древесных растений в условиях промышленного загрязнения // Фундаментальные исследования. 2012. № 1. С. 151. @@ Garifzyanov A.R. Formation of hydrogen peroxide and manifestations of oxidative stress in leaves of woody plants under industrial pollution conditions. . 2012. No. 1. P. 151. (In Russ.)
  26. 26. Коршиков И.И., Котов В.С., Михенко И.П., Игнатенко А.А., Чернышова Л.В. Взаимодействие растений с техногенно загрязненной средой // Устойчивость, фитоиндикация. Оптимизация. Киев: Наукова думка. 1995. С. 175. @@ Korshikov I.I., Kotov V.S., Mikhenko I.P., Ignatenko A.A., Chernyshova L.V. Interaction of plants with technogenically polluted environment. . Kyiv: Naukova Dumka. 1995. P. 175. (In Russ.)
  27. 27. Дубровина О.А., Зубкова Т.В., Виноградов Д.В., Гогмачадзе Г.Д. Биоаккумуляция тяжелых металлов в хвое ели колючей () и туи западной () и защитная реакция растений на экологический стресс [Электрон. ресурс] // АгроЭкоИнфо: Электронный научно-производственный журнал. 2023. № 3. https://doi.org/10.51419/202133309 @@ Dubrovina O.A., Zubkova T.V., Vinogradov D.V., Gogmachadze G.D. Bioaccumulation of heavy metals in needles of prickly spruce () and western thuja () and the defense response of plants to environmental stress [Electronic resource]. . 2023. No. 3. https://doi.org/10.51419/202133309
  28. 28. Воскресенская О.Л., Сарбаева Е.В., Старикова Е.А. Изменение активности антиоксидантных ферментов у интродуцированных хвойных растений в условиях городской среды // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2015. № 2. С. 56. @@ Voskresenskaya O.L., Sarbaeva E.V., Starikova E.A. Changes in the activity of antioxidant enzymes in introduced conifers in an urban environment. . 2015. No. 2. p. 56.
  29. 29. Решетник Г.В., Задиранова Н.С., Серов А.В. Активность антиоксидантных ферментов прорастающих семян пшеницы ( L.) в условиях воздействия нитрата свинца // Ученые записки Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского. Серия: Биология. Химия. 2017. Т. 3. С. 37. @@ Reshetnik G.V., Zadiranova N.S., Serov A.V. Activity of antioxidant enzymes in germinating wheat seeds ( L.) exposed to lead nitrate. . 2017. Vol. 3. p. 37.
  30. 30. Amirjani M.R. Effects of cadmium on wheat growth and some physiological factors // . 2012. V. 2. P. 50.
  31. 31. Фарафонтов М.Г. Биоиндикаторные свойства хлорофилла в условиях воздействия загрязнений неопределенного состава // Экология. 1999. № 5. С. 76. @@ Farafontov M.G. Bioindicator properties of chlorophyll under conditions of exposure to pollutants of uncertain composition. . 1999. No. 5. P. 76. (In Russ.)
  32. 32. Колтунов Е.В. Влияние аэротехногенного загрязнения на состав и содержание фенольных соединений в хвое сосны обыкновенной ( L.) в условиях урбанизации // Успехи современного естествознания. 2019. № 9. С. 19. @@ Koltunov E.V. The influence of airborne anthropogenic pollution on the composition and content of phenolic compounds in the needles of Scots pine ( L.) under urbanization. . 2019. No. 9. P. 19. (In Russ.)
  33. 33. Marquez-Garcia B., Angeles-Fernandez-Recamales M., Cordoba F. Effects of cadmium on phenolic composition and antioxidant activities of // 2012. V. 2012. P. 1. https://doi.org/10.1155/2012/936950
  34. 34. Петухов А.С., Кремлёва Т.А., Петухова Г.А., Хритохин Н.А. Ответная антиоксидантная реакция травянистых растений различных видов на загрязнение среды тяжелыми металлами // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2024. № 2. С. 25. https://doi.org/10.36906/2311-4444/24-2/03 @@ Petukhov A.S., Kremleva T.A., Petukhova G.A., Khritokhin N.A. Antioxidant response of herbaceous plants of various species to environmental pollution with heavy metals. . 2024. No. 2. P. 25. (In Russ.) https://doi.org/10.36906/2311-4444/24-2/03
  35. 35. Середа Л.Н., Цветов Н.С., Дрозобужская С.В., Жиров В.К. Изменение содержания суммы флавоноидов в в градиенте техногенного загрязнения в центральной части Кольского полуострова // Экосистемы. 2023. № 34. С. 163. @@ Sereda L.N., Tsvetov N.S., Drogobuzhskaya S.V., Zhirov V.K. Change in the content of total flavonoids in in the gradient of technogenic pollution in the central part of the Kola Peninsula. . 2023. No. 34. P. 163. (In Russ.)
  36. 36. Петухов А.С., Хритохин Н.А., Петухова Г.А., Кремлёва Т.А. Фенольная система защиты растений в условиях загрязнения среды г. Тюмени тяжелыми металлами // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2019. Т. 161, кн. 1. С. 93. @@ Petukhov A.S., Khritokhin N.A., Petukhova G.A., Kremleva T.A. Phenolic plant protection system under conditions of environmental pollution by heavy metals in Tyumen. . 2019. Vol. 161, book I. P. 93. (In Russ.)
  37. 37. Farrant J.M., Willigen C.V., Loffell A., Bartsch S., Whittaker A. An investigation into the role of light during desiccation of three angiosperm resurrection plants // 2003. V. 26. P. 1275. https://doi.org/10.1046/j.0016-8025.2003.01052.x
  38. 38. Hale K.L., Tufan H.A., Picerking I.J. Anthocyanins facilitate tungsten accumulation in // 2002. V. 116. P. 351. https://doi.org/10.1034/j.1399-3054.2002.1160310.x
  39. 39. Neill S.O., Gould K.S., Kilmartin P.A., Mitchell K.A., Markham K.R. Antioxidant activities of red versus green leaves in // 2002. V. 25. P. 539. https://doi.org/10.1046/j.1365-3040.2002.00837.x
  40. 40. Чупахина Г.Н., Массеникова Р.В., Скрытник Л.Н., Бессережнова М.И. Реакция пигментной и антиоксидантной систем растений на загрязнение окружающей среды г. Калининграда выбросами автотранспорта // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 2. С. 171. @@ Chupakhina G.N., Maslenikova R.V., Skrypnik L.N., Besserezhnova M.I. Response of the pigment and antioxidant systems of plants to environmental pollution in Kaliningrad by vehicle emissions. . 2012. No. 2. P. 171.
QR
Translate

Indexing

Scopus

Scopus

Scopus

Crossref

Scopus

Higher Attestation Commission

At the Ministry of Education and Science of the Russian Federation

Scopus

Scientific Electronic Library