5.2.2. Секреторные клетки растений - биоиндикаторы озона

В природных условиях в многоклеточных организмах можно выявить изменения, вызванные озоном, только при продолжительных и многолетних наблюдениях, что не позволяет быстро реагировать на озоновое загрязнение. Поэтому внимание привлекают отдельные чувствительные клетки растений и их реакции (см. предыдущие разделы главы), годные для быстрого и точного мониторинга загрязнения тропосферным озоном окружающей среды.

Поиск клеточных объектов – индикаторов озона составляет одно из важных направлений исследований Института биофизики клетки РАН. Обнаружено, например, что автофлуоресценция микроспор растений, служащих для размножения – вегетативных (для размножения споровых растений) или генеративных (пыльцы - мужского гаметофита) у голосеменных и покрытосеменных растений может служить показателем ранней диагностики озоновых эффектов (Рис. 20,26, 28 и 29) еще до появления хлороза или некроза клеток. На рис.26 было продемонстрировано заметное изменение спектров автофлуоресценции пыльцы семенных растений с разным составом пигментов под влиянием озона еще до заметных признаков повреждения. Предпочтительнее анализировать образцы, обогащенные каротиноидами, азуленами или антоцианами. Возможно также использовать в качестве показателя повреждения озоном образование липофусцина у пыльцы чубушника Philadelphus grandiflorus (Рис.20).

Другим перспективным индикатором на озон является хвощ полевой Equisetum arvense из несеменных растений (семейство Equisetaceae), размножающийся вегетативными микроспорами (диплоидная одиночная клетка). Особенно хорошо заметно появление интенсивной желтой флуоресценции у одноклеточных вегетативных микроспор хвоща при повышении концентрации озона в воздухе (рис.28). В спектрах

Рис 28. Изменение автофлуоресценции вегетативных микроспор хвоща под влиянием озона. Вверху – снимок под люминесцентным микроскопом, внизу - спектры флуоресценции клеток, зарегистрированные методом микроспектрофлуориметрии

флуоресценции микроспор появляется характерный максимум при самых небольших концентрациях озона (Рис.28). Микроспора делится и образует

многоклеточный гаметофит, на котором позднее появляются женские органы - архегонии и мужские органы- антеридии. Но под влиянием самых небольших доз озона генеративные органы не образуются, а высокие дозы озона (5 часть/млн) блокируют также и образование многоклеточного гаметофита из одиночной клетки вегетативной микроспоры.

Клеточные культуры руты Ruta graveolens тоже могут быть полезны как индикаторы на озон. У культуры ткани руты оранжевая флуоресценция секреторных клеток сменяется голубой флуоресценцией, что хорошо видно в таких спектрах (рис.29).

Рис 29. Изменение автофлуоресценции секреторных клеток корня руты под влиянием 1- часовой фумигации озоном. Справа – снимок под люминесцентным микроскопом, внизу - спектры флуоресценции клеток, зарегистрированные методом микроспектрофлуориметрии

Секреторные клетки многоклеточных семенных растений также могут использоваться как биоиндикаторы, поскольку меняют цвет автофлуоресценции под действием хронической фумигации озоном. Например, у проростков редиса Raphanus sativus ярко флуоресцирующие секреторные волоски листьев, резко меняют интенсивность свечения под влиянием озона (Рис.25). Секреторные клетки ряда растений предложено использовать в качестве особо чувствительных индикаторов на озон.