Estimation of antioxidant potential of plants of urban ecosystems in the conditions of anthropogenic soil pollution

Keywords: technogenic pollution, urban ecology, lead, phenolic compounds, urban phytocenosis, phytoindication

Abstract

Goal. Тo evaluate the influence of lead in the soil on the antioxidant status of woody and herbaceous plants, which is formed by phenolic compounds (on the example of Odessa. Methods. Integrated use of field, laboratory, mathematical and statistical, computational and comparative methods and system analysis. Results. It was found that the nature of changes in the activity of polyphenols and CBA under man-made stress plants can be combined into 4 clusters: the first group is formed by elderberry; the second group included black poplar and privet; the third group according to the results of cluster analysis included alpine currant, lilac, viburnum, comfrey, white clover and clover, dandelion, snowberry, yarrow, tansy, linden; the fourth group included hanging birch, sharp-leaved maple, buckthorn, barberry, vangutta, wrinkled rose. According to the results of the evaluation of the reactivity of low molecular weight water-soluble antioxidants, it was found that in the studied plants such species as black elder, privet and black poplar have the highest adaptive potential in conditions of anthropogenic pollution. Polyphenols play a significant role in shaping the resilience of these species to environmental stress. Of herbaceous plants, buckthorn prefabricated by stimulating the accumulation of polyphenols has a higher physiological stability. Conclusions. The role of polyphenols in the formation of antioxidant potential of urban plants in conditions of man – made soil pollution has been studied. A cluster analysis of the patterns of accumulation of CBA and polyphenols in plants of urban ecosystems was performed. According to the nature of the physiological activity of the accumulation of low molecular weight antioxidants, 4 groups of plants were identified. The obtained results can be used for a comprehensive diagnosis of the resistance of urban plants to anthropogenic impact, as well as to improve approaches and methods for monitoring industrial pollution of urban areas.

References

1. Цикало А.Л., Космачова А.М., Смирнов В.М. Експериментальне дослідження накопичення важких металів рослинами та перспективи використання рослин для попередження забруднення довкілля урбанізованих територій. Холодильна техніка і технології. 2015. Вип. 51. С. 96–101.
2. Khan S., Cao Q., Hesham A.E.-L. et al. Soil enzymatic activities and microbial community structure with different application rates of Cd and Pb. J. of Environ- mental Sciences. 2007. V. 19. № 7. P. 834-840.
3. Важкі метали в об’єктах довкілля Київського мегаполісу / за редакцією А.І. Самчука, І.В. Кураєвої. Київ : Наш формат, 2019. 164 с.
4. Han Y., Zhang L., Yang Y. et al. Pb uptake and toxicity to Iris halophila tested on Pb mine tailing materials. Environmental Pollution. 2016. V. 214. P. 510–516.
5. Чемерис І.А., Загоруйко Н.В., Конякін С.М. Фітомоніторинг викидів автотранспорту в умовах міського середовища. Людина та довкілля. Проблеми неоекології. № 3–4, 2013. С. 141–146.
6. Довгалюк А. Забруднення довкілля токсичними металами та їх індикація за допомогою рослинних тестових систем. Біологічні Студії. 2013. Том 7. №1. С. 197–204.
7. Romeh A.A., Khamis M.A., Metwally S.M. Potential of Plantago major L. for phytoremediation of lead-contaminated soil and water. Water, Air and Soil Pollution. 2016. V. 227. № 1. P. 9.
8. Kabata-Pendias A. Trace element in soil and plants. Boca Raton, FL USA : CRC Press Taylor & Francis Group, 2011. 505 c.
9. Самохвалова В.Л., Фатєєв А.І., Філатов В.П. Методологія екологічного нормування мікроелементів та важких металів у ґрунтах. Наук. Вісник Ужгород. Ун-ту. 2012. Вип. 32. С. 5–11.
10. Sun Q., Wang, X.-R., Ding S.-M. et al. Effects of interaction between cadmium and plumbum on phytochelatins and glutathione production in wheat (Triticum aestivum L.). J. of Integrative Plant Biology. 2005. V. 47. № 4. P. 435–442.
11. Scandalios J.G. Oxidative stress: molecular perception and transduction of signals triggering anti-oxidant gene defenses. Braz. J. Med. and Biol. Res. 2005. V. 38. № 7. P. 995–1014.
12. Mittler R. Oxidative stress, antioxidants and stress tolerance. Trends in Plant Science. 2002. V. 7. № 9. P. 405–410.
13. Samancioglu A., Sat I.G., Yildirim E. et al. Total phenolic and vitamin C content and antiradical activity evaluation of traditionally consumed wild edible vegetables from Turkey. Indian J. of Traditional Knowledge. 2016. V. 15. № 2. P. 208–213.
14. Chupakhina G.N., Maslennikov P.V., Skrypnik L.N. et al. The influence of the Baltic region conditions on the accumulation of water-soluble antioxidants in plants. Russ. Chem. Bull. 2014. V. 63. № 9. P. 1946–1953.
15. Isbilir S.S., Sagiroglu A. Total phenolic content, anti-radical and antioxidant activities of wild and cultivated Rumex acetosella L. extracts. Biological Agriculture and Horticulture. 2013. V. 29. № 4. P. 219–226.
16. Shah A., Singh T., Vijayvergia R. In vitro antioxidant properties and total phenolic and flavonoid contents of Rumex vesicaius L. Internat. J. of Pharmacy and Pharmaceutical Sci. 2015. V. 7. № 7. P. 81–84.
17. Alici E.H., Arabaci G. Determination of SOD, POD, PPO and cat enzyme activities in Rumex obtusifolius L. Annual Research & Review in Biology. 2016. V. 11. № 3. P. 1–7.
18. Maslennikov P.V., Chupakhina G.N., Skrypnik L.N. The content of phenolic compounds in medicinal plants of a botanical garden. Biol. Bull. Russ. Acad. Sci. 2014. V. 41. № 2. P. 133–138.
19. Kamath S.D., Arunkumar D., Avinash N.G. et al. Determination of total phenolic content and total antioxidant activity in locally consumed food stuffs in Moodbidri, Karnataka, India. Adv. Appl. Sci. Res. 2015. V. 6. № 6. P. 99–102.
20. Костюк В.А., Потапович А.И. Биорадикалы и биоантиоксиданты. Минск : БГУ, 2004. 179 с.
21. Бортнік Л.М. Вплив антропогенного навантаження на вміст ВМ у системі ґрунт – рослина. Вісник аграрної науки. 1999. № 10. С. 78.
22. Цандекова О.Л., Неверова О.А., Колмогорова Е.Ю. Роль антиоксидантной системы в устойчивости сосновых насаждений в условиях породного угольного отвала. Изв. Самарского научного центра РАН. 2013. Т. 15. № 3. С. 559–562.
23. Anahita A., Asmah R., Fauziah O. Evaluation of total phenolic content, total antioxidant activity, and antioxidant vitamin composition of pomegranate seed and juice. International Food Research J. 2015. V. 22. № 3. P. 1212–1217.
24. Aziz A., Jack R. Total phenolic content and antioxidant activity in Nypa fruticans extracts. J. of Sustainability Sci. and Management. 2015. V. 10. № 1. P. 87–91.
25. Kowalczyk A., Ruszkiewicz M., Biskup I. Total phenolic content and antioxidant capacity of polish apple ciders. Indian J. Pharm Sci. 2015. V. 77. № 5. P. 637–640.
26. Goncharuk E.A., Zagoskina N.V. Heavy metals: uptake, toxicity and protective mechanisms in plants (for example of cadmium). The Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. Series Biology. 2017. V. 1(40). P. 35–40.
27. Хайруллина В.Р., Герчиков А.Я., Денисова С.Б. Сравнительное изучение антиокислительных свойств некоторых флавонолов и флаванонов. Кинетика и катализ. 2010. Т. 51. № 2. С. 234–239.
28. Методика выполнения измерения массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах почв рентгенофлуоресцентным методом. М049-П/10. СПб. : ООО НПО «Спектрон», 2010. 17 с.
29. Gupta Ch., Verma R. Visual estimation and spectrophotometric determination of tannin content and antioxidant activity of three common vegetable. IJPSR. 2011. V. 2. № 1. P. 175–182.
30. Євлаш В.В. Адаптація методу кулонометричного титрування щодо визначення антиоксидантної активності рослинної сировини та дієтичних добавок. Східно-Європ. журн. передових технологій. 2011. № 5/3. С. 56-59.
31. Hammer О., Harper D.A.T., Ryan P.D. Past: Paleontological statistics software package for education and data analysis. Palaeontologia Electronica. 2001. V. 4, Iss. 1. P. 9. URL: http://palaeo-electronica.org/2001_1/past/issue1_01.htm (дата звернення 08.11.2021).
32. Сплодитель А.О., Кураєва І.В., Злобіна К.С. Особливості акумуляції важких металів у ґрунтах урбанізованих ландшафтів м. Бровари. Геологічний журнал. 2020. № 2. С. 39–51. doi:10.30836/igs.1025-6814.2020.2.200245
Published
2022-05-03
Section
MELIORATION, ARABLE FARMING, HORTICULTURE