Растительные ресурсы

Различные абиотические стрессы повсеместно влияют на метаболические процессы в растениях, значительно ограничивая их рост и снижая продуктивность. Они могут быть вызваны различными факторами: экстремальными температурами, засухой, засолением, УФ-излучением, тяжелыми металлами. Растения, как организмы, лишенные мобильности, развили сложные и хорошо организованные регуляторные механизмы адаптации и устойчивости к абиотическим стрессовым условиям. Они включают использование разнообразных биологически активных соединений в качестве инструментов для повышения устойчивости растений к неблагоприятным воздействиям окружающей среды. К ним относятся соединения как первичного метаболизма (олиго- и полисахариды и их производные, полиолы, аминокислоты и др.), так и вторичного метаболизма (терпеноиды, фенольные соединения — флавоноиды, фенольные кислоты). Для этих соединений характерны выраженные антиоксидантные свойства, способность подавлять накопление токсичных активных форм кислорода и удалять их, защищать биологические макромолекулы (белки, липиды, нуклеиновые кислоты) и клеточные структуры от окислительных повреждений. Они играют активную роль в обеспечении осмотической адаптации; хелатируют ионы тяжелых металлов, снижая их токсичность; могут функционировать как первичные сигнальные молекулы и регулировать сигналы, контролирующие экспрессию многих генов и ферментов, участвующих в обменных процессах и связанных с устойчивостью к стрессу. Эти биологически активные соединения играют большую роль в адаптации, обеспечивают выживание, устойчивость и конкурентоспособность растений в ответ на неблагоприятные воздействия окружающей среды.

В 2019–2022 гг. в Центральносибирском заповеднике проведены исследования видового состава, надземной фитомассы, ресурсно-кормового потенциала сообществ пойменных лугов рек Столбовая, Подкаменная Тунгуска, Енисей и приозерного луга у оз. Конного. Методом укосов на площадках размером 0.25 м² (n = 19) определена надземная фитомасса 93 видов травянистых растений и кустарников. Видовое богатство приречных лугов варьирует в пределах от 11 до 23 видов на 0.25 м² и в среднем составляет около 16 видов на 0.25 м². Средняя доля видов бобовых в сообществах составляет 10–15%, злаков – 20%, разнотравья – 55%, доли остальных групп гораздо ниже. В пределах изученной выборки величина надземной фитомассы составила около 300–450 г/м²; значительны средние доли массы злаковых растений – около 30% (100 г/м²), разнотравья – 35% (120 г/м²), бобовых – 20% (70 г/м²). Доли хвощовых, осоковых + ситниковых, кустарников составляют до 8% (30 г/м²). На лугу у оз. Конного число видов растений значительно меньше – в среднем 5 видов на 0.25 м², средняя надземная фитомасса составляет 140 г/м², а накопленная мертвая масса составляет около 250 г/м². Величина фитомассы, видовое богатство, кормовая ценность образующих сообщества видов и их кормовых категорий (прежде всего, большие доли бобовых и разнотравья) позволяют считать обследованные пойменные луга высококачественными летними оленьими пастбищами, а приозерный луг у оз. Конного – зимним и весенним пастбищем.

Изучено влияние микроместообитания (ненарушенная почва, валежный ствол, участки микропонижений ветровально-почвенных комплексов (ВПК) с нарушенной лесной подстилкой) на рост, развитие корневой системы, а также поглощение питательных веществ растениями естественного возобновления ели европейской (Picea abies (L.) H. Karst) в среднетаежном ельнике черничном. Не было выявлено значимого влияния микроместообитаний на относительный прирост растений в высоту. Максимальные значения относительного прироста диаметра ствола отмечены у растений на валежных стволах, минимальные – на участках микропонижений ВПК. Корневые системы имеют функционально-морфологические особенности организации в условиях разных типов микроместообитаний. В условиях валежных стволов (обеспеченности субстрата биогенными элементами, отсутствии корневой конкуренции со стороны эдификатора) корневые системы имеют возможность реализации механизмов экстенсивного (увеличение удельной длины проводящих корней) и интенсивного (увеличение средней длины сосущего корня и площади поверхности эктомикоризы (ЭМ) и эктоэндомикоризы (ЭЭМ)) путей использования ресурсов субстрата. Растения более эффективно «инвестируют» в рост проводящих корней – с меньшими затратами органического вещества формируют более длинные проводящие корни. В условиях микропонижений ВПК из-за удаления лесной подстилки (органогенного слоя почвы) происходит снижение содержания биогенных элементов в субстрате. В этих условиях изменения корневых систем направлены на увеличение поглощения почвенных ресурсов (увеличение удельной площади тонких корней и площади поверхности ЭМ), что позволяет получать достаточное количество питательных веществ для поддержания скорости роста, сопоставимой со скоростью роста у растений в условиях ненарушенной почвы.

В окрестностях Санкт-Петербурга, на северном побережье Финского залива, еще сохраняются очень старые и крупные деревья дуба черешчатого (Quercus robur L.). Здесь они произрастают у северных границ своего естественного ареала среди других древесных видов. Среди многих обследованных дубов один, расположенный возле поселка Лисий Нос, выделялся своей мощью и красотой. Высота этого экземпляра составляла 25.0 м, диаметр ствола – 166 см, а могучая раскидистая крона достигала в диаметре 25 м. Визуальная оценка надземных органов этого дуба (ствол, крона, корневые лапы) позволила предположить, что он находится в естественном состоянии, его возраст оценивается примерно в 450 лет. Можно предположить, что при основании Санкт-Петербурга это было уже довольно крупное дерево в возрасте более ста лет. Исследования нами дендрохронологических рядов за 1827–2023 гг. выявили достаточно высокую вариабельность ширины годичных колец с нарушением цикличности и с общей тенденцией постепенного снижения интенсивности радиального прироста. Прямо или косвенно на состояние деревьев в прибрежной зоне влияют наводнения, близость грунтовых вод и другие экологические факторы. Очень важно сохранить для следующих поколений людей такие старейшие, исторические и памятные деревья, как дуб черешчатый.

Дана оценка состояния 12 ценопопуляций ценного кормового и лекарственного растения Medicago falcata L. в различных местообитаниях Новосибирской области, Республики Алтай и Хакасии по комплексу организменных и популяционных признаков. В луговых местообитаниях отмечены высокие суммы баллов организменных и популяционных показателей. Пессимальное состояние, характеризующееся минимальными значениями большинства параметров вида, установлено в антропогенных местообитаниях, где вид может длительно существовать на территории за счет снижения жизненности особей и толерантной стратегии.

Исследованы общее содержание фенольных соединений, в том числе катехинов, флавонолов, фенолкарбоновых кислот, и антиоксидантная активность водно-этанольных экстрактов надземных органов спиреи низкой (Spiraea humilis Pojark.) в двух дальневосточных популяциях. Установлено, что из всех исследованных соединений максимальным содержанием отличаются фенолкарбоновые кислоты, обнаруженные в экстрактах листьев и соцветий растений из ценопопуляции окр. с. Селихино Хабаровского края (7.3 и 6.6 мг%/г соответственно) и ценопопуляции из окр. г. Комсомольск-на-Амуре Хабаровского края (8.7 и 7.5 мг%/г соответственно). Стебли растений обеих ценопопуляций по содержанию исследуемых соединений уступали листьям и соцветиям. Проведенные исследования показали, что антиоксидантная активность водно-этанольных экстрактов листьев и стеблей S. humilis значительно ниже, чем соцветий. По результатам корреляционного анализа было установлено, что антиоксидантная активность достоверно положительно связана с общим содержанием фенольных соединений, главным образом флавонолов и катехинов в органах спиреи. Минимальное влияние на нейтрализацию свободных радикалов 1,1-дифенил-2-пикрилгидразила (DPPH) оказывали фенолкарбоновые кислоты. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в водно-этанольных экстрактах надземных органов S. humilis идентифицировано 15 фенольных соединений с высокой биологической активностью. Установлены различия в профилях фенольных соединений растений их двух дальневосточных ценопопуляций. Из идентифицированных фенольных соединений максимальный вклад в антиоксидантную активность экстрактов вносили флавонолы кверцитрин, рутин и кверцетин. Предварительная оценка растительного сырья показала, что S. humilis накапливает достаточное количество биологически активных веществ в надземных вегетативных и генеративных органах и может быть рекомендована как перспективный источник антиоксидантов и других биологически активных веществ.

Известно, что природные соединения имеют терапевтический потенциал при многих заболеваниях человека. Одним из таких соединений является сульфорафан. В последние годы проводится все больше исследований по оценке его онкопротекторного потенциала. Роль сульфорафана при онкологических заболеваниях заключается в основном в регуляции потенциальных биомаркеров для активации или ингибирования связанных сигнальных путей. Это соединение продемонстрировало многообещающее ингибирующее действие на клетки рака молочной железы, легких, печени и других злокачественных опухолей. В настоящем обзоре представлены данные об активности и функциональных механизмах сульфорафана при различных онкологических заболеваниях, а также исследования эффективности и токсичности этого соединения.