Содержание фенольных соединений в лишайниках в зонах тектонических разломов | The Content of Phenolic Compounds in Lichens in the Tectonic Fault Zones

Russian. Изучено влияние геоэкологических факторов на территории 2 тектонических узлов: Вельско-Устьянского и Холмогорского – на содержание фенольных соединений в лишайниках рода Cladonia. Отбор лишайников произведен на пробных площадях, заложенных в центре узлов и за их пределами (контроль). Геохимическая обстановка, почвенно-климатические и экологические условия в зоне тектонических узлов оказывают влияние на химический состав лишайников. Установлено, что зольность лишайников, произрастающих в центре тектонического узла, в 1,8…2,3 раза выше, чем в контроле. Это свидетельствует о значительном накоплении литогенных элементов в талломах лишайников в зоне тектонических разломов. На территории тектонических узлов лишайники подвергаются многофакторным негативным воздействиям (повышенные радиационный фон и тепловой поток, электромагнитное излучение, электрическое и магнитное поля и др.), что провоцирует избыточное генерирование активных кислородных радикалов и способствует перестройке метаболизма лишайников, изменяя динамику накопления фенольных соединений и их биосинтез. Обнаружено, содержание водонерастворимой фракции фенольных соединений в лишайниках увеличивается от контрольной точки к центру тектонического узла. При этом относительная доля водорастворимой фракции в составе общих фенольных соединений снижается. Вероятно, это связано с усилением окислительных и уменьшением восстановительных процессов в лишайниках под влиянием негативных условий. Показано, что биосинтез фенольных соединений в лишайниках наиболее активен в весенне-летний (апрель, июль) период вегетации. Воздействие геоэкологических факторов усиливает биосинтез вторичных метаболитов фенольной природы в лишайниках в условиях тектонических узлов: усниновой кислоты и атранорина. Содержание усниновой кислоты в составе водонерастворимой фракции ФС в лишайниках, произрастающих в центре тектонического узла, в 1,5…1,7 раза выше в весенне-летний период вегетации, чем в лишайниках, произрастающих за пределами тектонического узла. Количественное распределение водонерастворимой фракции фенольных соединений зависит от зоны таллома лишайника и носит градиентный характер: содержание водонерастворимых фенольных соединений в верхних растущих частях лишайников, произрастающих в центре тектонического узла и в контроле, соответственно в 2 и 1,7 раза выше, чем в старых зонах. Таким образом, фенольные соединения в лишайниках являются активными метаболитами, и их содержание в талломах может служить биомаркером состояния окружающей среды. Благодарности: Исследования проведены в ходе выполнения государственного задания ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН ФНИ 2018–2021 г. «Физико-химические, генетические и морфологические основы адаптации растительных объектов в условиях изменяющегося климата высоких широт» (№ государственной регистрации АААА-А18-118012390231-9) с использованием оборудования ЦКП НО «Арктика» (САФУ) и ЦКП НО «КТ РФ в области экологической безопасности Арктики» (ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН). Для цитирования: Паламарчук И.А., Белоусова М.Е., Бровко О.С., Старицын В.В., Ивахнов А.Д., Слобода А.А. Содержание фенольных соединений в лишайниках в зонах тектонических разломов // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 4. С. 198–213. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-198-213

English. The paper studies the influence of geoecological factors on the content of phenolic compounds (PCs) in lichens of the genus Cladonia in the Velsko-Ustyansky and Kholmogorsky tectonic knots (TKs). Lichens were sampled from the test plots (TPs) laid out in the center of the knots and outside the knots (control). The geochemical situation, soil-climatic and environmental conditions in the zone of TKs influence the lichens chemical composition. It is found that the ash content of lichens growing in the center of the TK is 1.8–2.3 times higher than in the control, which indicates a significant accumulation of lithogenic elements in the lichen thallus in the tectonic fault zone. Lichens are exposed to multifactorial adverse effects (increased radiation background and heat flux, electromagnetic radiation, electric and magnetic fields, etc.) in the territory of TKs. This provokes excessive generation of active oxygen radicals and contributes to the rearrangement of lichen metabolism, changing the dynamics of accumulation of PCs and their biosynthesis. The content of the water-insoluble fraction of PCs in lichens was found to increase from the control point to the center of the TK, while the relative share of the water-soluble fraction of PCs in the total composition decreases. This is probably due to an increase in oxidative processes and a decrease in reductive processes in lichens under adverse conditions. The paper shows that the biosynthesis of PCs in lichens is most active in the spring-summer (April and July) vegetation period. The impact of geoecological factors enhances the biosynthesis of secondary metabolites of phenolic nature in lichens in the conditions of the TKs: usnic acid (UA) and atranorin. The content of UA in the composition of the water-insoluble fraction of PCs in lichens growing in the center of the TK is 1.5–1.7 times higher during the spring-summer vegetation period than in lichens growing outside the TK. The quantitative distribution of the water-insoluble fraction of PCs depends on the lichen thallus part and has a gradient character. Their content in the upper growing parts of lichens growing in the center of the TK and in the control is 2 and 1.7 times higher than in the old zones, respectively. Thus, PCs in lichens are active metabolites and their content in thallus can serve as a biomarker of the state of the environment. Acknowledgments: The research was carried out within the framework of the state assignment “Physico-Chemical, Genetic and Morphological Bases of the Plant Objects Adaptation in the Conditions of the High Latitudes Changing Climate” of the N. Laverov Federal Center for Integrated Arctic Research of the Ural Branch of the Russian Academy (FECIAR UrB RAS) of Sciences in 2018–2021 (state registration No. АААА-А18-118012390231-9) using the equipment of the Core facility center “Arktika” (NArFU) and the Core Facility Centre “Critical Technologies of the Russian Federation in the Field of Environmental Safety in the Arctic” (FECIAR UrB RAS). For citation: Palamarchuk I.A., Belousova M.E., Brovko O.S., Staritsyn V.V., Ivakhnov A.D., Sloboda A.A. The Content of Phenolic Compounds in Lichens in the Tectonic Fault Zones. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2022, no. 4, pp. 198–213. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-4-198-213