Том 36, номер 12, статья № 4

Аннотация:

Лишайники не только служат биологическим индикатором загрязнения атмосферы, но и сами влияют на ее химический состав. С помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии в работе исследуются качественный состав экзометаболитов в талломах эпифитных лишайников . Сравнительный анализ фракционного состава осевшего аэрозольного вещества в водных смывах лишайников показал, что он характеризуется бимодальным типом распределения частиц. Постулируется, что появление мелкой фракции связано с формированием вторичных органических аэрозолей на поверхности эпифитных лишайников. Их прекурсорами выступают продукты фотоактивированных реакций между осевшим аэрозольным веществом и легколетучими органическими соединениями, поступающими на поверхность лишайников в результате эффлоресценции. Обсуждается механизм поступления вторичных органических аэрозолей в приземную атмосферу под воздействием радиометрического фотофореза.

Ключевые слова:

аэрозоли, δ15N, δ13C, летучие органические соединения, лишайниковые кислоты, хроматографический анализ, фенолы, экзометаболиты, эпифитные лишайники

Список литературы:

1. Горшков В.В. Использование эпифитных лишайников для индикации атмосферного загрязнения (Методические рекомендации). Апатиты: Кол. науч. центр, 1991. 46 с.
2. Опекунова М.Г. Биоиндикация загрязнений. СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2016. 300 с.
3. Saniewski M., Wietrzyk-Pełka P., Zalewska T., Węgrzyn M.H. Current radioactive fallout contamination along a trans-European gradient assessed using terricolous lichens // Chemosphere. 2022. V. 304. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.135281.
4. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. М.: Научный мир, 2002. 336 с.
5. Conti M.E., Cecchetti G., Biological monitoring: Lichens as bioindicators of air pollution assessment – a review // Environ. Pollut. 2001. V. 114, N 3. P. 471–492. DOI: 10.1016/S0269-7491(00)00224-4.
6. Glasius M., Goldstein A.H. Recent discoveries and future challenges in atmospheric organic chemistry // Environ. Sci. Technol. 2016. V. 50. P. 2754–2764. DOI: 10.1021/acs.est.5b05105.
7. Peñuelas J., Staudt M. BVOCs and global change // Trends Plant Sci. 2010. V. 15. P. 133–144. DOI: 10.1016/j.tplants.2009.12.005.
8. Kulmala M. How particles nucleate and grow // Science. 2003. V. 302(5647). P. 1000–1001. DOI: 10.1126/science.1090848.
9. Kulmala M., Vehkamäki H., Petäjä T., Dal Maso M., Lauri A., Kerminen V.-M., Birmili W., McMurry P.H. Formation and growth rates of ultrafine atmospheric particles: A review of observations // J. Aerosol Sci. 2004. V. 35, N 2. P. 143–176. DOI: 10.1016/j.jaerosci.2003.10.003.
10. Petӓjӓ T., Tabakova K., Manninen A., Ezhova E., O’Connor E., Moisseev D., Sinclair V.A., Backman J., Levula J., Luoma K., Virkkula A., Paramonov M., Rӓty M., Ӓijӓlӓ M., Heikkinen L., Ehn M., Sipilӓ M., Yli-Juuti T., Virtanen A., Ritsche M., Hickmon N., Pulik G., Rosenfeld D., Worsnop D.R., Bӓck J., Kulmala M., Kerminen K.-M. Influence of biogenic emissions from boreal forests on aerosol – cloud interactions // Nat. Geosci. 2022. V. 15. P. 42–47. DOI: 10.1038/s41561-021-00876-0.
11. Dixon R., Strack D. Phytochemistry meets genome analysis, and beyond // Phytochemistry. 2003. V. 62. P. 815–816. DOI: 10.1016/S0031-9422(02)00712-4.
12. Lämke J.S., Unsicker S.B. Phytochemical variation in treetops: Causes and consequences for tree-insect herbivore interactions // Oecologia. 2018. V. 187. P. 377–388. DOI: 10.1007/s00442-018-4087-5.
13. Wink M. Introduction: Biochemistry, physiology, and ecological functions of secondary metabolites // An. Plant Rev. 2010. V. 40. P. 1–19.
14. Munnе́-Bosch S. Phenolic Acids: Composition, Applications and Health Benefits. New York: Nova Science Publishers,Inc., 2012. 243 p.
15. Edtbauer A., Pfannerstill E.Y., Florentino A.P.P., Barbosa C.G.G., Rodriguez-Caballero E., Zannoni N., Alves R.P., Wolff S., Tsokankunku A., Aptroot A., Sа́ M.D., de Araи́jo A.C., Sörgel M., de Oliveira S.M., Weber B., Williams J. Cryptogamic organisms are a substantial source and sink for volatile organic compounds in the Amazon region // Commun. Earth Environ. 2021. 2 (art. 258). DOI: 10.1038/s43247-021-00328-y.
16. Hanson D.T., Swanson S., Graham L.E., Sharkey T.D. Evolutionary significance of isoprene emission from mosses // Am. J. Bot. 1999. V. 86. P. 634–639. DOI: 10.2307/2656571.
17. Kesselmeier J. Exchange of short-chain oxygenated volatile organic compounds (VOCs) between plants and the atmosphere: A compilation of field and laboratory studies // J. Atmos. Chem. 2001. V. 39. P. 219–233. DOI: 10.1023/A:1010632302076.
18. Храмченкова О.М. Лишайники Hypogymnia physodes, Evernia prunastri, Cladonia arbuscula и Xanthoria parietina как источники веществ с антибактериальной активностью // Разнообразие растительного мира. 2017. № 1 (9).
19. Pizňak M., Bačkor M. Lichens affect boreal forest ecology and plant metabolism // S. Afr. J. Bot. 2019. V. 124. P. 530–539. DOI: 10.1016/j.sajb.2019.06.025.
20. Yousuf S., Choudhary M.I., Atta-ur-Rahman. Lichens: Chemistry and biological activities // Stud. Nat. Prod. Chem. 2014. V. 43. P. 223–259. DOI: 10.1016/B978-0-444-63430-6.00007-2.
21. Atlas of Images of Thin Layer Chromatograms of Lichen Substances. 2015. URL: https://www.researchgate.net/ publication/282766279_Atlas_of_Images_of_Thin_Layer_Chromatograms_of_Lichen_Substances (last access: 29.11.2022).
22. Calla-Quispe E., Fuentes-Rivera H.L., Ramírez P., Martel C., Ibañez A.J. Mass spectrometry: A rosetta stone to learn how fungi interact and talk // Life-Basel. 2020. V. 10, N 22. DOI: 10.3390/life10060089.
23. Lindroth R. Atmospheric change, plant secondary metabolites and ecological interactions / G. Iason, M. Dicke, S. Hartley (eds.) The Ecology of Plant Secondary Metabolites: From Genes to Global Processes. Cambridge: Cambridge University Press, 2012. Ecological Reviews, P. 120–153. DOI: 10.1017/CBO9780511675751.008.
24. Sindelarova K., Granier C., Bouarar I., Guenther A., Tilmes S., Stavrakou T., Müller J.F., Kuhn U., Stefani P., Knorr W. Global data set of biogenic VOC emissions calculated by the MEGAN model over the last 30 years // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 17. P. 9317–9341. DOI: 10.5194/acp-14-9317-2014.
25. Holopainen J.K., Kivimäenpää M., Nizkorodov S.A. Plant-derived secondary organic material in the air and ecosystems // Trends Plant Sci. 2017. V. 22, N 9. P. 744–753. DOI: 10.1016/j.tplants.2017.07.004.
26. Chen W.H., Guenther A.B., Wang X.M., Chen Y.H., Gu D.S., Chang M., Zhou S.Z., Wu L.L., Zhang Y.Q. Regional to global biogenic isoprene emission responses to changes in vegetation from 2000 to 2015 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2018. V. 123, N 7. P. 3757–3771.
27. Holopainen J.K., Virjamo V., Ghimire R.P., Blande J.D., Julkunen-Tiitto R., Kivimäenpää M. Climate change effects on secondary compounds of forest trees in the Northern Hemisphere // Front. Plant Sci. 2018. V. 9 (art. 1445), 10. DOI: 10.3389/fpls.2018.01445.
28. Kramshøj M., Vedel-Petersen I., Schollert M., Rinnan A., Nymand J., Ro-Poulsen H., Rinnan R. Large increases in Arctic biogenic volatile emissions are a direct effect of warming // Nat. Geosci. 2016. V. 9, N 5. P. 349–352. DOI: 10.1038/ngeo2692.
29. Yli-Juuti T., Mielonen T., Heikkinen L., Arola A., Ehn M., Isokääntä S., Keskinen H.-M., Kulmala M., Laakso A., Lipponen A., Luoma K., Mikkonen S., Nieminen T., Paasonen P., Petäjä T., Romakkaniemi S., Tonttila J., Kokkola H., Virtanen A. Significance of the organic aerosol driven climate feedback in the boreal area // Nat Commun. 2021. V. 12. P. 5637. DOI: 10.1038/s41467-021-25850-7.
30. Ryde I., Davie-Martin C.L., Li T., Naursgaard M.P., Rinnan R. Volatile organic compound emissions from subarctic mosses and lichens // Atmos. Environ. 2022. V. 290. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2022.119357.
31. Nordin A., Moberg R., Tønsberg T., Vitikainen O., Dalsätt Å., Myrdal M., Snitting D., Ekman S. Santesson’s Checklist of Fennoskandian lichen-forming and lichenicolous Fungi. URL: http: //130.238.83.220/santesson/home.php.Evolutionsmussiet (last access: 19.05.2023).
32. Жизнь растений: в 6 т. / Водоросли. Лишайники / под ред. проф. М.М. Голлербаха. М.: Просвещение, 1977. Т. 3. 487 с.
33. Флора лишайников России: Биология, экология, разнообразие, распространение и методы изучения лишайников / отв. ред. М.П. Андреев, Д.Е. Гимельбрант. М.; СПб.: Товарищество науч. изд. КМК, 2014. 392 с.
34. Горышина Т.К. Экология растений: учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1979. 368 с.
35. Определитель лишайников России / отв. ред. Н.С. Голубкова. СПб.: Наука, 1996. Вып. 6. Алекториевые, пармелиевые, стереокаулоновые. 203 с. https://reallib.org/reader?file=545722&pg=4 (дата обращения: 19.08.2023).
36. Харпухаева Т.М. Сравнительное описание апотециев видов Evernia mesomorpha и Evernia esorediosa // Бюллетень Ботанического сада-института ДВО РАН. 2018. Вып. 19. С. 65–68. DOI: 10.17581/bbgi1908.
37. Андреев М.П., Ахти Т., Гагарина Л.В., Гимельбрант Д.Е. Флора лишайников России: Семейство Parmeliaceae. М.; СПб.: Товарищество науч. изд. КМК, 2022. С. 54–56.
38. Белый П.Н. Лишайники еловых лесов Беларуси. Минск: Беларуская навука, 2016. 230 с.
39. Блажей А., Шутый Л. Фенольные соединения растительного происхождения. М.: Мир, 1977. 240 с.
40. Запрометов М.Н. Фенольные соединения: Распространение, метаболизм и функции в растениях. РАН, Ин-т физиологии растений им. К.А. Тимирязева. М.: Наука, 1993. 271 с.
41. Giertych M.J., Karolewski P., de Temmerman L.O. Foliage age and pollution alter content of phenolic compounds and chemical elements in pinus nigra needles // Water, Air, & Soil Pollut. 1999. V. 110. Р. 363–377. DOI: 10.1023/A:1005009214988.
42. Ahajji A., Diouf P.N., Aloui F., Elbakali I., Perrin D., Merlin A., George B. Influence of heat treatment on antioxidant properties and colour stability of beech and spruce wood and their extractives // Wood Sci. Technol. 2009. V. 43, N 1. P. 69–83. DOI: 10.1007/s00226-008-0208-3.
43. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Республики Коми в 2020 году»: гос. доклад / Минприроды Республики Коми [и др.]; под общ. ред. ГБУ РК «ТФИ РК». Сыктывкар: Минприроды Республики Коми, 2021. 165 с. URL: https://mpr. rkomi.ru/uploads/documents/gosdoklad_2020_elektronnaya_versiya_v2_2021-06-22_08-45-11.pdf. (дата обращения: 2.12.2022).
44. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: Дрофа, 2004. 544 с.
45. Тентюков М.П., Михайлов В.И., Тимушев Д.А., Белан Б.Д., Симоненков Д.В. Гранулометрический состав осевшего аэрозольного вещества и соотношение фенольных соединений в хвое разного возраста // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 2. С. 122–128; Tentukov M.P., Mikhailov V.I., Timushev D.A., Belan B.D., Simonenkov D.V. Granulometric composition of settled aerosol material and ratio of phenolic compounds in different-age needles // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 3. P. 222–228.
46. Тентюков М.П., Белан Б.Д., Симоненков Д.В., Михайлов В.И. Формирование вторичных органических аэрозолей на поверхности хвои и их поступление в полог зимнего леса под воздействием радиометрического фотофореза // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 5. С. 916–923; Tentyukov M.P., Belan B.D., Simonenkov D.V., Mikhailov V.I. Generation of secondary organic aerosols on needle surfaces and their entry into the winter forest canopy under radiometric photophoresis // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 5. P. 490–496.
47. Imada S., Acharya K., Yamanaka N. Short-term and diurnal patterns of salt secretion by Tamarix ramosissima and their relationships with climatic factors // J. Arid Environ. 2012. V. 83, N 8. P. 62–68. DOI: 10.1016/j.jaridenv.2012.03.006.
48. Singer A., Kirsten W.F.A., Buhmann C. A proposed fog deposition mechanism for the formation of salt efflorescences in the Mpumalanga highveld, Republic of South Africa // Water, Air, Soil Pollut. 1999. V. 109, N 1–4. P. 313–325.
49. Wieder K.R., Vile M.A., Vittf D.H., Scott K.D., Xu B., Quinn J.C., Albright C.M. Can plant or lichen natural abundance 15N ratios indicate the influence of oil sands N emissions on bogs? // J. Hydrology: Regional Studies. 2022. V. (2022) 101030. DOI: 10.1016/ j.ejrh.2022.101030.
50. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д. Суточный ход концентрации микродисперсной фракции аэрозоля // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 11. С. 983–990.
51. Береснев С.А., Ковалев Ф.Д., Кочнева Л.Б., Рунков В.А, Суетин П.Е., Черемисин А.А. О возможности фотофоретической левитации частиц в стратосфере // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 1. С. 52–57.
52. Береснев С.А., Кочнева Л.Б., Суетин П.Е., Захаров В.И., Грибанов К.Г. Фотофорез атмосферных аэрозолей в поле теплового излучения Земли // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 5–6. С. 470–477.
53. Береснев С.А., Кочнева Л.Б., Захаров В.И., Грибанов К.Г. Фотофорез сажевых аэрозолей в поле теплового излучения Земли // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 7. С. 597–600.
54. Kaddes A., Fauconnier M.-L., Sassi K., Nasraoui B., Jijakli M.-H. Endophytic fungal volatile compounds as solution for sustainable agriculture // Molecules. 2019. V. 24(6). DOI: 10.3390/molecules24061065.
55. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов А.С., Малышкин С.Б., Симоненков Д.В., Антохин П.Н. Нуклеационные всплески в атмосфере бореальной зоны Западной Сибири. Часть I. Классификация и повторяемость // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 9. С. 766–774.