booltБюллетень Государственного Никитского ботанического садаBulletin of the State Nikitsky Botanical Gardens0513-1634Federal State Funded Institution of Science “The Labour Red Banner Order Nikitsky Botanical Gardens – National scientific Center of the RAS”boolt-926Research ArticleБИОХИМИЯ РАСТЕНИЙPLANT BIOCHEMISTRYИзменчивость содержания адаптогенных соединений в вегетативных органах Betula pubescens Ehrh. в условиях техногенного загрязнения на территории Арктической зоны РФVariability of the content of adaptogenic compounds in the vegetative organs of Betula pubescens Ehrh. in conditions of technogenic pollution in the Arctic zone of the Russian FederationСередаЛ. Н.SeredaL. N.

Лидия Николаевна Середа 

184209, г. Апатиты ул. Ферсмана, д.14 

sundukpandory87@mail.ruЖировВ. К.ZhirovV. K.

Владимир Константинович Жиров 

184209, г. Апатиты ул. Ферсмана, д.14 

ДрогобужскаяС. В.DorogobuzhskayaS. V.

Светлана Витальевна Дрогобужская 

184209, г. Апатиты ул. Ферсмана, д.26а 

Центр наноматериаловедения ФИЦ «Кольский Научный Центр» РАНRussian FederationЦентр медико-биологических проблем адаптации человека в Арктике ФИЦ «Кольский Научный Центр» РАНRussian FederationИнститут химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева ФИЦ «Кольский Научный Центр» РАНRussian Federation20251005202501548794Copyright © Середа Л.Н., Жиров В.К., Дрогобужская С.В., 20252025Середа Л.Н., Жиров В.К., Дрогобужская С.В.Sereda L.N., Zhirov V.K., Dorogobuzhskaya S.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://boolt.elpub.ru/jour/article/view/926

Изучение особенностей синтеза вторичных метаболитов растений в условиях промышленного воздействия, имеет колоссальное значение для понимания механизмов формирования толерантности растений к техногенному стрессу и диагностике состояния окружающей среды. Анализ динамики накопления адаптогенных метаболитов позволяет обнаружить влияние загрязнения на растения до проявления первых признаков их повреждения. Важным фактором усиленного синтеза вторичных метаболитов растениями, произрастающими на территории Кольского полуострова, является техногенная нагрузка медно-никелевого комбината ОАО «Комбинат Североникель», выбросы которого содержат тяжелые металлы. Берёза пушистая (Betula pubescens Ehrh.), листья которой содержат значительное количество фенольных соединений, часто выбирается в качестве модельного вида для анализа влияния техногенного загрязнения. Целью настоящей работы являлось изучение изменчивости содержания адаптогенных соединений в вегетативных органах B. pubescens, произрастающей в условиях техногенного загрязнения. В результате проведения работы, проанализирована зависимость синтеза флавоноидов и антиоксидантов от расстояния до источника техногенного загрязнения. Отмечен общий нелинейный характер пространственного распределения в отношении суммы флавоноидов, и линейный – для соединений, проявляющих антиоксидантную активность. Установлена нелинейная тенденция накопления тяжелых металлов.

The study of the features of the synthesis of secondary metabolites of plants under industrial conditions is of great importance for understanding the mechanisms of formation of plant tolerance to man-made stress and the diagnosis of the state of the environment. The dynamics of the accumulation of adaptogenic metabolites makes it possible to detect the first stages of contamination before the first visual signs of damage to plants appear. An important factor in the enhanced synthesis of secondary metabolites by plants growing on the territory of the Kola Peninsula is the man-made load of the “Severonikel” copper-nickel combine, whose emissions contain heavy metals. The pubescent birch (Betula pubescens Ehrh.), which leaves contain a significant amount of phenolic compounds, is often chosen as a model species for analyzing the effects of manmade pollution. The purpose of this work was to study the variability of the content of adaptogenic compounds in the vegetative organs of Betula pubescens Ehrh., growing in conditions of technogenic pollution. As a result of the work, the dependence of the synthesis of flavonoids and antioxidants on the distance to the source of manmade pollution was analyzed. The general nonlinear character of the spatial distribution with respect to the amount of flavonoids is noted, and linear – for compounds exhibiting antioxidant activity. A nonlinear tendency of accumulation of heavy metals has been established.

Betula pubescens Ehrh.биологически активные веществатехногенное загрязнениеультразвуковая экстракцияАрктикаBetula pubescens Ehrh.biologically active substancestechnogenic pollutionultrasoundassisted extractionArcticРабота выполнена в рамках государственного задания ФИЦ КНЦ РАН FMEZ-2023-0012.ReferencesКрючков В.В., Макарова Т.Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского Севера. Апатиты. – 1989. – 96 с.Крючков В.В., Макарова Т.Д. Аэротехногенное воздействие на экосистемы Кольского Севера. Апатиты. – 1989. – 96 с.Середа Л.Н., Жиров В.К., Цветов Н.С., Дрогобужская С.В. Изменчивость содержания адаптогенных соединений в различных органах Empetrum hermaphroditum Hager. в условиях техногенного загрязнения на Кольском полуострове // Химия растительного сырья. – 2024. – №2. – С. 293-301. DOI: 10.14258/jcprm.20240213032.21.Середа Л.Н., Жиров В.К., Цветов Н.С., Дрогобужская С.В. Изменчивость содержания адаптогенных соединений в различных органах Empetrum hermaphroditum Hager. в условиях техногенного загрязнения на Кольском полуострове // Химия растительного сырья. – 2024. – №2. – С. 293-301. DOI: 10.14258/jcprm.20240213032.21.Бейдеман И.Н. Методика фенологических наблюдений при геоботанических исследованиях. – М.; Л. – 1954. – 130 с.Бейдеман И.Н. Методика фенологических наблюдений при геоботанических исследованиях. – М.; Л. – 1954. – 130 с.ОФС.1.1.0011.15 Хранение лекарственного растительного сырья и лекарственных растительных препаратов // Государственная фармакопея РФ. XIV изд. – М., 2018.ОФС.1.1.0011.15 Хранение лекарственного растительного сырья и лекарственных растительных препаратов // Государственная фармакопея РФ. XIV изд. – М., 2018.ГОСТ 17.4.4.02-2017. Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического. бактериологического. гельминтологического анализа. – М., 2017. – 10 с.ГОСТ 17.4.4.02-2017. Межгосударственный стандарт. Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического. бактериологического. гельминтологического анализа. – М., 2017. – 10 с.Berni R., Luyckx M., Xu X., Legay S., Sergeant K., Hausman J., Lutts S., Cai G., Guerriero G. Reactive oxygen species and heavy metal stress in plants: Impact on the cell wall and secondary metabolism // Environmental and Experimental Botany. – 2019. – Vol. 161. – p. 98-106. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2018.10.017Berni R., Luyckx M., Xu X., Legay S., Sergeant K., Hausman J., Lutts S., Cai G., Guerriero G. Reactive oxygen species and heavy metal stress in plants: Impact on the cell wall and secondary metabolism // Environmental and Experimental Botany. – 2019. – Vol. 161. – p. 98-106. DOI: 10.1016/j.envexpbot.2018.10.017Calabrese E.J., Blain R.B. Hormesis and plant biology // Environmental pollution. – 2009. – Vol. 157(1). – p. 42-48. DOI: 10.1016/j.envpol.2008.07.028Calabrese E.J., Blain R.B. Hormesis and plant biology // Environmental pollution. – 2009. – Vol. 157(1). – p. 42-48. DOI: 10.1016/j.envpol.2008.07.028Erofeeva E.A. Estimating the frequency of hormesis and other non-monotonic responses in plants experiencing road traffic pollution in urban areas and experimental pollutant exposure // Environmental Monitoring and Assessment. – 2020. – Vol. 192(7). – p. 460. DOI: 10.1007/s10661-020-08418-8Erofeeva E.A. Estimating the frequency of hormesis and other non-monotonic responses in plants experiencing road traffic pollution in urban areas and experimental pollutant exposure // Environmental Monitoring and Assessment. – 2020. – Vol. 192(7). – p. 460. DOI: 10.1007/s10661-020-08418-8Feduraev P., Skrypnik L., Nebreeva S., Dzhobadze G., Vatagina A., Kalinina E., Pungin A., Maslennikov P., Riabova A., Krol O., Chupakhina G. Variability of phenolic compound accumulation and antioxidant activity in wild plants of some Rumex species (Polygonaceae) // Antioxidants. – 2022. – Vol. 11(2). – p. 311.Feduraev P., Skrypnik L., Nebreeva S., Dzhobadze G., Vatagina A., Kalinina E., Pungin A., Maslennikov P., Riabova A., Krol O., Chupakhina G. Variability of phenolic compound accumulation and antioxidant activity in wild plants of some Rumex species (Polygonaceae) // Antioxidants. – 2022. – Vol. 11(2). – p. 311.Kang Y., Yang L., Dai H., Xie M., Wang Y., Peng J., Sun H., Ao T., Chen W. Antioxidant system response, mineral element uptake and safe utilization of Polygonatum sibiricum in cadmium-contaminated soil // Scientific Reports. – 2021. – Vol. 11(1). – p. 18737. DOI: 10.1038/s41598-021-97998-7Kang Y., Yang L., Dai H., Xie M., Wang Y., Peng J., Sun H., Ao T., Chen W. Antioxidant system response, mineral element uptake and safe utilization of Polygonatum sibiricum in cadmium-contaminated soil // Scientific Reports. – 2021. – Vol. 11(1). – p. 18737. DOI: 10.1038/s41598-021-97998-7Koptsik G.N., Koptsik S.V., Smirnova I.E. Effect of Soil Degradation and Remediation in Technogenic Barrens on the Uptake of Nutrients and Heavy Metals by Plants in the Kola Subarctic // Eurasian Soil Science. – 2021. – Vol. 54. – p. 1252-1264. DOI: 10.1134/S106422932108010XKoptsik G.N., Koptsik S.V., Smirnova I.E. Effect of Soil Degradation and Remediation in Technogenic Barrens on the Uptake of Nutrients and Heavy Metals by Plants in the Kola Subarctic // Eurasian Soil Science. – 2021. – Vol. 54. – p. 1252-1264. DOI: 10.1134/S106422932108010XMeier U. Growth stages of mono- and dicotyledonous plants BBCH. – Quedlinburg. – 2018. – 204 p. DOI: 10.5073/20180906-074619.Meier U. Growth stages of mono- and dicotyledonous plants BBCH. – Quedlinburg. – 2018. – 204 p. DOI: 10.5073/20180906-074619.Meier U., Bleiholder H., Buhr L., Feller C., Hacks H., Hess M., Lancashire P.D., Schnock U., Stauss R., Boom van den T., Weber E., Zwerger P. The BBCH system to coding the phenological growth stages of plants – history and publications // Journal für Kulturpflanzen. – 2009. – Vol. 61. – p. 41-52. DOI: 10.5073/JfK.2009.02.01.Meier U., Bleiholder H., Buhr L., Feller C., Hacks H., Hess M., Lancashire P.D., Schnock U., Stauss R., Boom van den T., Weber E., Zwerger P. The BBCH system to coding the phenological growth stages of plants – history and publications // Journal für Kulturpflanzen. – 2009. – Vol. 61. – p. 41-52. DOI: 10.5073/JfK.2009.02.01.Mengdi X., Wenqing C., Haibo D., Xiaoqing W., Li Y., Yuchen K., Hui S., Lei W. Cadmium-induced hormesis effect in medicinal herbs improves the efficiency of safe utilization for low cadmium-contaminated farmland soil // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2021. – Vol. 225. – p. 112724. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.112724Mengdi X., Wenqing C., Haibo D., Xiaoqing W., Li Y., Yuchen K., Hui S., Lei W. Cadmium-induced hormesis effect in medicinal herbs improves the efficiency of safe utilization for low cadmium-contaminated farmland soil // Ecotoxicology and Environmental Safety. – 2021. – Vol. 225. – p. 112724. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2021.112724Petukhov A.S., Petukhova G.A. Biochemical protective mechanisms in the accumulation of heavy metals in organisms // Gigiena i Sanitariia. – 2017. – Vol. 96(2). – p. 114-117.Petukhov A.S., Petukhova G.A. Biochemical protective mechanisms in the accumulation of heavy metals in organisms // Gigiena i Sanitariia. – 2017. – Vol. 96(2). – p. 114-117.Santiago L.J.M., Louro R.P., De Oliveira D.E. Compartmentation of phenolic compounds and phenylalanine ammonia-lyase in leaves of Phyllanthus tenellus Roxb. and their induction by copper sulphate //Annals of botany. – 2000. – Vol. 86(5). – p. 1023-1032. DOI: 10.1006/anbo.2000.1271Santiago L.J.M., Louro R.P., De Oliveira D.E. Compartmentation of phenolic compounds and phenylalanine ammonia-lyase in leaves of Phyllanthus tenellus Roxb. and their induction by copper sulphate //Annals of botany. – 2000. – Vol. 86(5). – p. 1023-1032. DOI: 10.1006/anbo.2000.1271Slukovskaya M.V., Kremenetskaya I.P., Mosendz I.A., Ivanova T.K., Drogobuzhskaya S.V., Ivanova L.A., Novikov A.I., Shirokaya A.A. Thermally activated serpentine materials as soil additives for copper and nickel immobilization in highly polluted peat // Environmental Geochemistry and Health. – 2023. – Vol. 45(1). – p. 67-83. DOI: 10.1007/s10653-022-01263-3.Slukovskaya M.V., Kremenetskaya I.P., Mosendz I.A., Ivanova T.K., Drogobuzhskaya S.V., Ivanova L.A., Novikov A.I., Shirokaya A.A. Thermally activated serpentine materials as soil additives for copper and nickel immobilization in highly polluted peat // Environmental Geochemistry and Health. – 2023. – Vol. 45(1). – p. 67-83. DOI: 10.1007/s10653-022-01263-3.Vinogradova N.A., Glukhov A.Z. Ecological and phytochemical features of Crataegus fallacina Klokov under conditions of technogenic pollution // Contemporary Problems of Ecology. – 2021. – Vol. 14. – p. 90-97. DOI: 10.1134/S1995425521010091Vinogradova N.A., Glukhov A.Z. Ecological and phytochemical features of Crataegus fallacina Klokov under conditions of technogenic pollution // Contemporary Problems of Ecology. – 2021. – Vol. 14. – p. 90-97. DOI: 10.1134/S1995425521010091Vinogradova N., Vinogradova E., Chaplygin V., Mandzhieva S., Kumar P., Rajput V.D., Minkina T., Seth C.S., Burachevskaya M., Lysenko D., Singh R.K. Phenolic compounds of the medicinal plants in an anthropogenically transformed environment // Molecules. – 2023. – Vol.28(17). – p. 6322. DOI: 10.3390/molecules28176322Vinogradova N., Vinogradova E., Chaplygin V., Mandzhieva S., Kumar P., Rajput V.D., Minkina T., Seth C.S., Burachevskaya M., Lysenko D., Singh R.K. Phenolic compounds of the medicinal plants in an anthropogenically transformed environment // Molecules. – 2023. – Vol.28(17). – p. 6322. DOI: 10.3390/molecules28176322Yakovleva A.I., Okhlopkova E.D., Olesova L.D., Krivoshapkina Z.N., Konstantinova L.I., Grigorieva A.A., Semenova E.I., Efremova A.V., Mironova G.E. Influence of cement plant emissions on medicinal properties of medicinal plants in central Yakutia // Yakutia Med. J. – 2019. – Vol. 2. – p. 38-41.Yakovleva A.I., Okhlopkova E.D., Olesova L.D., Krivoshapkina Z.N., Konstantinova L.I., Grigorieva A.A., Semenova E.I., Efremova A.V., Mironova G.E. Influence of cement plant emissions on medicinal properties of medicinal plants in central Yakutia // Yakutia Med. J. – 2019. – Vol. 2. – p. 38-41.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.