ВведениеНеповрежденная структура ассимиляционных тканей, количественное содержание и соотношение пигментов зеленых растений являются обязательными условиями продуктивности, морфогенеза и фотопериодизма растений. Влияние внешних факторов среды, включая техногенное воздействие, вызывает изменение структуры листа и, как следствие, повышение или снижению роста, развития растений, энергетических процессов  фотосинтеза. Древесные растения являются основой формирования экологического каркаса, комфортной среды  населенных пунктов. Часть древесных пород являются широко распространенными, встречаются в озеленении городов. Среди видов, которые можно встретить во многих населенных пунктах является липа мелколистная. Встречается в озеленении Красноярска [13], Санкт-Петербурга [9], Ижевска [6], Екатеринбурга [1] и других городов. Широкая интродукция приводит к смене климато-экологических условий вида, что в совокупности с техногенным давлением, приводит к изменению биологической реакции организма. Изучение данного аспекта жизнедеятельности растений является важным для выявления пределов норм реакций, границ устойчивости к климатическим или техногенным факторам. Цель исследований – оценка изменения содержания пигментов, толщины мезофилла и эпидермиса, площади поверхности листьев деревьев липы мелколистной, произрастающих в линейных посадках вдоль улиц г. Владикавказ, в зависимости от уровня техногенного загрязнения. В задачи работы входили: определение содержания хлорофилла («а» и «б») и каротиноидов, толщины тканей в листьях липы в градиенте аэротехногенного загрязнения. Объекты исследований. Стационарные наблюдения проведены в промышленной зоне города и на примыкающих к ней улицах, в центральной части правобережья р. Терек. Общий уровень загрязнения среды аэротехногенными выбросами в разных пунктах учетов и на улицах с разной нагрузкой автотранспорта приведен на рисунке 1 и в таблице 1. Индекс загрязнения атмосферы (ИЗА) приведен в соответствии с Государственным докладом [5].Материал и методы Исследования были проведены в столице республики Северная Осетия-Алания, г. Владикавказе. Выбор объектов и отбор образцов для анализа проводили по методам Е.В. Николаевской, Н.П. Красинского, А.К. Фролова [7, 12, 19]. В линейных посадках липы  (Tilia L.) одного возраста, по случайно выбранным линиям или с использованием таблиц случайных чисел, на каждом 5-м и 10-м внешне здоровом дереве отбирали по 50 листьев, из расчета «дерево-повторность». Учеты и наблюдения, а также отбор проб для изучения влияния загрязнения воздушной среды на пигменты проведены с использованием статистической выборки. В течение четырех лет всего было отобрано 120 модельных деревьев и проведен анализ 10000 листьев. Таблица 1Характеристика загрязненности пунктов обследованияTable 1Characteristics of contamination of survey points№ участка | № territoryНаименование объекта | Name of the objectИЗА | ISAУровень загрязнения | Pollution level1ул. Шмулевича (контроль) Shmulevich (control)2,0Низкий2ул. Горького | Gorkova str.3,8Средний4ул. Чкалова4,6Средний                5Поликлиника завода «Электроцинк» | Polyclinic of the factory "Electrozink"5,1Высокий6ул. Джанаева | Janaeva st.5,4Высокий3ул. Куйбышева | Kuibyshev str.5,4Высокий7Черменское шоссе | Chermenskoe highway6,4Очень высокий 8Завод «Электроцинк», отвалы | factory "Electrozink"heep6,4Очень высокийДля количественного определения пигментов использовали фотометрический метод [4]. Пигменты экстрагировали из свежего материала – по 50 листьев в 12 вариантах (всего 600 листьев). Концентрацию пигментов в вытяжке определяли на фотоэлектроколориметре ФЭК-56. Оптическую плотность (D) при длинах волн, соответствующих максимумам определяемых пигментов. Расчет вели по  формулам:Са=13.70 х D665 - 5.76 х D649(1)Сб=25.80 х D649 – 7.60хD665(2)Са+б=6.10х D665 + 20.04 D649 = 25.1 х D654(3)Скар= 4.695 х D440.5 – 0,68 (Са+б)(4)C х V(5)А = Р х 100,   (6) где D – оптическая плотность;C – концентрация пигментов в мг/л;V – объем вытяжки пигментов в мл;А – содержание пигментов в свежем растительном материале, мг/г веса.Состав и количество пигментов определяли в лаборатории физиологии НПО «Горное» совместно с сотрудницей лаборатории А.Х. Теблоевой. С модельных деревьев случайным образом отбирали по пятьдесят листьев, материал помещали в 95% этиловый спирт. Обработку материала проводили по стандартной анатомической методике [16]. Статистическая обработка данных проведена методами биологической статистики [8], с использованием методов сравнения средних значений по критериям Стьюдента и Фишера, дисперсионного и корреляционного анализов.Результаты и обсуждение. Содержание пигментов в листьях липы мелколистной в условиях разного уровня загрязнения атмосферыПолученные в результате измерений концентрации пигментов в вытяжке и в пересчете на вес свежего растительного материала представлены в таблице 2, рис.2. Определение содержания пигментов в листьях липы мелколистной (рисунок 3, таблицы 2, 3), произрастающей в условиях разного уровня загрязнения атмосферы выбросами металлургического завода, других промышленных предприятий и автотранспорта, показало следующее.  Содержание двух форм хлорофилла и каротиноидов варьирует сходным образом, вне зависимости от степени техногенной нагрузки. Количество хлорофилла «а», наиболее активно работающего в реакционных центрах светособирающих комплексов в процессе фотосинтеза [3], во всех вариантах в 3-4 раза превышает содержание хлорофилла «б», что согласуется с материалами, полученными в г, Кемерово [18], но противоречит данным из Калининградской области для клена остролистного [11], свидетельствующим о резком снижении содержания хлорофилла «а» на загрязненных участках городской среды. Суммарное количество обеих форм хлорофилла колеблется в пределах 4,607-7,279 мг/л, и оно более чем в 2 раза превышает содержание каротиноидов. Таблица 2 Содержание пигментов в листьях липы мелколистной в условиях разного уровня загрязнения атмосферыTable 2The content of pigments in the leaves of small-leaved linden in conditions of different levels of atmospheric pollutionПостоянные и временные пробные площади (на улицах) | Permanent and temporary trial areas (on the streets)ИЗА | ISAКонцентрация пигментов, мг/л вытяжки | Pigment concentration, mg/l of extractСодержание пигментов, мг/г свежего растительного материала | Pigment content, mg/g of fresh plant materialКаКбКа+бКкар,СаСбСа+бСкар,Завод «Электроцинк» | Electrozink Factory6,44,7051,0745,7791,7702,9900,6823,6731,125Барбашова | Barbashova5,73,8531,0724,9261,5482,0640,5742,6390,829Барбашова (двор) | Barbashova courtyard5,54,2040,9025,1041,6132,7410,5863,3281,052Московская | Moscow`s5,33,6980,9094,6071,5072,7460,6743,421,119Московская (двор) | Moscow`s courtyard5,33,7610,8974,6581,4182,6360,6283,2690,993Цоколаева (у дороги) | Tsokolaeva (by the road)5,36,1441,1357,2792,4443,2680,6032,8600,914Весенняя | Vesennya4,05,1341,1986,3321,8943,0800,7183,7991,136Владикавказская (парк) | Vladikavkaz`s (park)3,75,8311,0386,8682,4313,1010,5523,6531,293Цоколаева (вдоль трассы) | Tsokolaeva (by the road)3,73,8740,7674,6411,6292,0900,4142,5040,876Цоколаева (двор) | Tsokolaeva (courtyard)3,53,9241,0785,0021,3592,8020,773,5730,9701Шмулевича | Shmulevich 2,24,3111,0675,3781,7182,4680,6103,0790,983Шмулевича (контроль) | Shmulevich (control)2,04,6561,0795,7352,0592,2670,5252,7931,002Примечание: к – концентрация;  а, б – формы хлорофилла; кар. – каратиноиды; С - содержаниеNote: к – concentration; а, б – forms of chlorophyll; кар.  – caratinoids; C – content  Рис. 2. Содержание пигментов в листьях липы в градиенте загрязнения атмосферного воздуха г. Владикавказа; 1-12  уровень загрязнения ИЗА от 6,4 до 2,0.Figure 2. The content of pigments in linden leaves in the gradient of atmospheric air pollution in Vladikavkaz; 1-12 IZA pollution level from 6.4 to 2.0 Судя по данным рисунка 2, вероятно, ведущую роль в работе фотосинтезирующего аппарата играет хлорофилл «а», определяющий общий вид гистограммы (рисунок 2, В). Высокие положительные коэффициенты корреляции между ИЗА и содержанием пигментов (по сравнению с контролем, в %) отмечено в вариантах: содержание каротиноидов в вытяжках из листьев, соотношение «хлорофилл «а» – каротиноиды» и соотношение «обе формы хлорофилла – каротиноиды». При среднем и высоком уровне техногенного загрязнения (ИЗА ≥ 4,0) регистрируется достоверный рост этих показателей на 19,8-20,4% , что может послужить целям биоиндикации.Несмотря на изменчивость количества зеленых пигментов в листьях на урбанизированных территориях, исследователи отмечают увеличение общего уровня содержания хлорофилла под влиянием повышенной степени загрязнения воздуха [11, 14, 19]. Существует и противоположное мнение о снижении у древесных растений общего количества пигментов при наиболее высоком уровне загрязнения, в частности суммарного количества хлорофиллов «а» и «б» [2] и пигментного комплекса в листьях ряда древесных растений [19], а также о разрушении пигментов при высокой концентрации загрязнения воздушной среды тяжелыми  металлами [14, 19]. По некоторым данным [10, 11], с ростом уровня загрязнения городской среды идет более активное накопление антоциановых пигментов в листьях липы мелколистной.Такой разброс данных о влиянии техногенных загрязнений на состав и количественное содержание пигментов в листьях липы и других растений свидетельствует о том, что вопрос о направлении и степени реакции пигментов на загрязнение среды довольно сложен и требует дальнейших исследований для выявления связи этих показателей с конкретными условиями, и последующего обобщения всех материалов для установления общих закономерностей, а также необходимостью определения пороговых значений поллютантов, при которых происходит смена эффекта воздействия: со стимуляции к разрушению.Определение пигментов в листьях липы мелколистной, произрастающей в условиях разного уровня загрязнения атмосферы выбросами преимущественно автотранспорта показало, что последние больше сказываются на содержании каротиноидов, чем хлорофилла (таблица 2). Но в любом случае содержание всех пигментов обратно пропорционально уровню загрязнения.Анализ соотношения форм различных пигментов показал, - высокая степень загрязнения выбросами автотранспорта отрицательно влияет на соотношение двух форм хлорофилла  (ул. Барбашова с ИЗА – 5,7), но несколько увеличивает показатели соотношения хлорофилла с каротиноидами. Однако соотношение хлорофилла «а» и «b» в варианте на участке высокого загрязнения атмосферы на ул. Пожарского и на участке парка по ул. Владикавказской повышается в сравнении с контролем. Эта позиция требует продолжения исследований с целью определения причины. Исследование анатомо-морфологических особенностей проводили для точек сбора контрастных по величине ИЗА: 6,4 очень высокий, 5,7 высокий, 5,3 высокий, 3,7 средний, 2,0 низкий. Одним из важных показателей нормального развивающегося фотосинтетического аппарата является толщина листовой пластинки. На поперечных срезах листьев четко видно их дорзивентральное строение. Листья состоят из следующих тканей: верхнего и нижнего эпидермиса, столбчатого и губчатого мезофилла, пронизанного сетью жилок. Палисадная ткань под верхним эпидермисом однослойна, отмечается переходные по форме и ориентированности клетки. Сложена плотное с небольшими межклетниками. Губчатая ткань из 3–4 слоев изодиаметрических или вытянутых параллельно плоскостям листа клеток. Межклетники крупные и составляют по площади 10–14% губчатой ткани. Клетки эпидермиса с криволинейными или волнистыми стенками. Устьица аномоцитного типа (классификация Барановой) развиваются на абаксиальной поверхности. В условиях разного техногенного загрязнения отмечаются различия в толщине листовой пластинки. Эта величина мало меняется в условиях среднего уровня загрязнения (ИЗА 3,7), она снижается лишь на 8–9%, однако при высоком загрязнении (ИЗА 5,3–5,7) общая толщина листа уменьшается уже более чем на 30%, оставаясь в этих пределах и при очень высокой степени ИЗА (таблица 4). Наиболее сильно реагируют на изменение техногенного загрязнения клетки палисадной ткани. Высота паренхимы в контроле составляет 101,5 мкм, при среднем уровне меняется незначительно, а в вариантная с высоким и очень высоким уровнем загрязнения снижается на 30–40% и составляет всего 61,5 мкм. Изменение высоты губчатой ткани происходит в меньшей степени. Можно только отметить, что в условиях очень высокого уровня загрязнения губчатый мезофилл получил более слабое развитие. Его толщина снижается 78,9 мкм до 69,7 мкм.Исследование анатомо-морфологических особенностей проводили для точек сбора контрастных по величине ИЗА: 6,4 очень высокий, 5,7 высокий, 5,3 высокий, 3,7 средний, 2,0 низкий.Одним из важных показателей нормального развивающегося фотосинтетического аппарата является толщина листовой пластинки. На поперечных срезах листьев четко видно их дорзивентральное строение. Листья состоят из следующих тканей: верхнего и нижнего эпидермиса, столбчатого и губчатого мезофилла, пронизанного сетью жилок. Палисадная ткань под верхним эпидермисом однослойна, отмечается переходные по форме и ориентированности клетки. Сложена плотное с небольшими межклетниками.  Рис. 3. Диаграмма зависимости величины соотношения разных пигментов от ИЗАFigure 3. Diagram of the dependence of the ratio of different pigments Табл. 4  Гистогенез тканей листа липы мелколистной в условиях атмосферного загрязнения г. ВладикавказаTable 4Histogenesis of small-leaved linden leaf tissues under conditions of atmospheric pollution in Vladikavkaz№Пробные площади (на улицах) | Trial areas (on the streets)ИЗА | ISAОбщая толщина листа, мкм | Total leaf thickness, mkmТолщина мезофилла, мкм | Mesophyll thickness, mkmОтношение столбчатой/губчатой | Columnar/Spongy ratioТолщина эпидермиса, мкм | Thickness of the epidermis, mkmСтолбчатая | ColumnarГубчатая | SpongyВерхняя | UpperНижняя | Lower1Завод «Электроцикн» | Electrozink Factory6,4 очень высокий152,3 ± 2,0761,5 ± 1,169,7 ± 1,70,8813,1±12,3±2Барбашова | Barbashova5,7 высокий154,0 ± 1,466,1 ± 1,269,3 ± 1,30,9513,6±12,9±3Московская | Moscow`s5,3 высокий157,78 ± 1,974,7 ± 1,572,1 ± 1,71,0414,1±13,1±4Цокалева | Tsokolaeva3,7 средний206,9 ± 2,091,8 ± 1,775,5 ± 1,41,2216,8±14,5±5Шмулевича (контроль) | Shmulevich (control)2,0 низкий225,4 ±2,11101,5 ± 1,878,9 ± 1,61,2917,1±14,8±  Губчатая ткань из 3–4 слоев изодиаметрических или вытянутых параллельно плоскостям листа клеток. Межклетники крупные и составляют по площади 10–14% губчатой ткани. Клетки эпидермиса с криволинейными или волнистыми стенками. Устьица аномоцитного типа (классификация Барановой) развиваются на абаксиальной поверхности. В условиях разного техногенного загрязнения отмечаются различия в толщине листовой пластинки. Эта величина мало меняется в условиях среднего уровня загрязнения (ИЗА 3,7), она снижается лишь на 8–9%, однако при высоком загрязнении (ИЗА 5,3–5,7) общая толщина листа уменьшается уже более чем на 30%, оставаясь в этих пределах и при очень высокой степени ИЗА (таблица 4). Наиболее сильно реагируют на изменение техногенного загрязнения клетки палисадной ткани. Высота паренхимы в контроле составляет 101,5 мкм, при среднем уровне меняется незначительно, а в вариантная с высоким и очень высоким уровнем загрязнения снижается на 30–40% и составляет всего 61,5 мкм. Изменение высоты губчатой ткани происходит в меньшей степени. Можно только отметить, что в условиях очень высокого уровня загрязнения губчатый мезофилл получил более слабое развитие. Его толщина снижается 78,9 мкм до 69,7 мкм.Гораздо более показательным является отношение толщина палисадной ткани к толщине губчатой. В условиях низкого и среднего уровня загрязнения этот показатель больше 14,0. С увеличением загрязнение показателя коэффициент уменьшается и становится меньше единицы. Реагирует на уровень загрязнения и толщина эпидермы, особенно верхней величина которой снижается с 17,1 мкм по 13,1 мкм.Подробный структурный анализ всех тканей листа при разном уровне загрязнения техногенного, что размеры клеток всех изучаемых тканей изменяются в зависимости от величины ИЗА. Таким образом, адаптация липы мелколистной к техногенному загрязнению достигается разнообразными путями, в том числе перестройкой на анатомическом уровне. Основные изменения при очень высоком и высоком уровне загрязнения происходят в столбчатом мезофилле, величина которого значительно сокращается, что, несомненно, оказывается на ассимиляционной деятельности растения. Критическим порогом чувствительности липы мелколистной к загрязнению среды можно назвать ИЗА равной 5,3.В целом липа мелколистная в условиях разной степени загрязнения показывает устойчивость фотосинтетического аппарата, сохраняя количественное содержания пигментов. Однако их соотношение может изменяться, указывая на реакцию организма в ответ на увеличение воздействия неблагоприятных факторов. Кроме этого, толщина тканей листа снижается по мере увеличения загрязнения, соотношение столбчатого и губчатого мезофилла смещается в сторону губчатого, что негативно будет сказываться на процессе фотосинтеза. Фотосинтетические пигменты, входящие в пигментно-белковый комплекс, на ряду с водным режимом растений являются параметрами, реагирующими на стресс [20].  Водный стресс значительно влияет на морфофизиологические характеристики, такие как содержание хлорофилла и каратиноидов, содержание сеннозидов и экспрессию генов [21]. Рассматриваемые нами параметры могут являться маркерами воздействий разного рода, применяются для большого числа растений и факторов воздействия, включая новые источники антропогенного загрязнения, такие как микропластик [22]. Выводы1. Содержание двух форм хлорофилла (а и b) и каротиноидов варьирует  независимо от степени техногенной нагрузки, но сходным образом. 2. При среднем и высоком уровне техногенного загрязнения (ИЗА ≥ 4,0) регистрируется достоверный рост содержания каротиноидов в вытяжках из листьев, а также соотношения «хлорофилл «а» – каротиноиды» и «обе формы хлорофилла – каротиноиды» на 19,8-20,4%.3. Полученные результаты могут использоваться для формирования баз данных реакций древесных растений в целях биоиндикационных исследований атмосферного техногенного загрязнения среды.4. Основные изменения фотосинтетического аппарата при очень высоком и высоком уровне загрязнения происходят в столбчатом мезофилле, величина которого значительно сокращается, что, несомненно, оказывается на ассимиляционной деятельности растения. Критическим порогом чувствительности липы мелколистной к загрязнению среды можно назвать ИЗА, равной 5,3.5. Площадь поверхности листовых пластинок липы мелколистной по мере возрастания загрязнения воздуха снижается.