CC BY
46
Вісник Дніпропетровського університету. Біологія. Екологія. - 2012. - Вип. 20, т. 1. - С. 78-83. Visnyk of Dnipropetrovsk University. Biology. Ecology. - 2012. - Vol. 20, N 1. - P. 78-83.
УДК 504.73.05:635.9
О. П. Приймак
Дніпропетровський державний аграрний університет
ФІТОТОКСИЧНИЙ ВПЛИВ SO2, NO2 ТА ІОНІВ СВИНЦЮ НА ВЕГЕТАТИВНІ ОРГАНИ ДЕКОРАТИВНИХ РОСЛИН
Вивчено дію кислих газів та іонів свинцю на вегетативні органи декоративних рослин у модельному експерименті. Розглянуто морфометричні показники стебла та асиміляційного апарату. Визначено зміни значень висоти рослин і площі асиміляційної поверхні, виявлено ушкодження пагонів рослин. З’ясовано фітотоксичний ефект дії SO2, NO2 та іонів свинцю на ріст і розвиток їх надземних органів. Tagetes patula L. толерантний до дії кислих газів та іонів свинцю. Найчутливішими до дії SO2, NO2 та Pb2+ видами рослин виявилися Calendula officinalis L., Salvia splendens L. та Chrysanthemum leucanthemum L., відповідно.
Е. П. Приймак
Днепропетровский государственный аграрный университет
ФИТОТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ SO2, NO2 И ИОНОВ СВИНЦА НА ВЕГЕТАТИВНЫЕ ОРГАНЫ ДЕКОРАТИВНЫХ РАСТЕНИЙ
Изучено влияние кислых газов и ионов свинца на вегетативные органы декоративных растений в модельном эксперименте. Рассмотрены морфометрические показатели стебля и ассимиляционного аппарата. Показаны изменения значений высоты растений и площади ассимиляционной поверхности, обнаружены повреждения побегов растений. Установлен фитотоксический эффект действия SO2, NO2 и ионов свинца на рост и развитие надземных органов. Tagetes patula L. является толерантным к действию кислых газов и ионов свинца. Чувствительными к действию SO2, NO2 и Pb2+ видами являются Calendula officinalis L., Salvia splendens L. и Chrysanthemum leucanthemum L., соответственно.
O. P. Pryimak
Dnipropetrovs’k State Agrarian University
PHYTOTOXIC EFFECT OF SO2, NO2 AND LEAD IONS ON THE VEGETATIVE ORGANS OF DECORATIVE PLANTS
Influence of acid gases and lead ions on the vegetative organs of decorative plants has been studied in a model experiment. The morphometric indices of stem and assimilative apparatus are considered. Changes of the plants height and assimilating area are described. The damage of plants’ sprouts was found. The phytotoxic effect of SO2, NO2 and lead ions on the growth and development of the above-ground organs was determined. The Tagetespatula L. is a resistant to the action of acid gases and lead ions. Calendula officinalis L., Salvia splendens L. and Chrysanthemum leucanthemum L. were determined to be most sensitive to the influence of by SO2, NO2 and Pb2+ respectively.
Вступ
У техногенно трансформованому середовищі сучасних мегаполісів вміст важких металів та різноманітних полютантів із кожним роком зростає. Основну небезпеку що-
© О. П. Приймак, 2012 7S
до забруднення довкілля становлять відпрацьовані гази автотранспорту, до хімічного складу яких належать важкі метали, оксиди вуглецю, вуглеводні, альдегіди, бенз(а)пірен, оксиди нітрогену та сульфуру [6; 13; 15; 25]. Забруднювачі атмосфери, які випадають на поверхню ґрунту у вигляді малодисперсних твердих речовин, у ґрунті взаємодіють із ґрунтовим розчином. Ґрунти міст і прилеглих територій переважно кислі за рахунок атмосферних опадів за наявності в них SO2 і NO2, а кисле середовище сприяє міграції важких металів та їх доступності для рослин [25]. Найнебезпечнішими для рослин за порівняно низьких концентрацій є сполуки свинцю, оксиди сульфуру та нітрогену [13; 25]. У вегетаційних дослідах із Zea mays L. та Glycine max L. показано, що обробка рослин розчином PbCl2, спричинює гальмування росту, фотосинтезу та транспірації, ушкодження асиміляційного апарату, а сам метал акумулюється у тканинах рослин [10]. Фумігація рослин SO2 і NO2 викликає дифузію цих газів через продихи листків рослин [5]. Так, у дослідах із Geranium carolinianum L. поглинання SO2 становило від 4 до 180 ммоль/м2 залежно від концентрації цього газу у середовищі та інтенсивності газообміну рослини [27]. За умов сухої поверхні SO2 легко абсорбується листками та швидко окиснюється до сульфату в клітинах мезофілу. Високі концентрації SO2 підтримують продихи у відкритому стані. Спостерігаються аномалії у розкритті продихів [17], а кінцевий результат - пригнічення росту [16; 24; 26].
Так звана активність продихів - видоспецифічна ознака, про що свідчить різний рівень поглинання полютанту рослинами Pisum sativum L. ev Alsweet, Lycopersicon esculentum Mill. var flacca, Geranium carolinianum L., Diplacus aurantiacus Jeps [19]. Симптоми пошкодження листків, такі як хлороз, можуть відмічатися за дії середніх концентрацій SO2 в межах 21-44 мкг/м3. Активність продихів листків рослин - головний фактор у поглинанні NO2 [21], після чого він вступає в реакцію з водою на вологій поверхні клітин мезофілу, утворює нітритну та нітратну кислоти. За умов дії NO2 у клітинах листків Phaseolus vulgaris спостерігалися циліндричні вип’ячування оболонок хлоропластів, асоційовані з мітохондріями [8]. За дії NO2 на рослини знижувався вміст хлорофілу та гальмувалося накопичення біомаси, темпів росту [11; 20; 22]. Початкові симптоми пошкоджень листків рослин NO2 проявляються у безладному розповсюдженні плям сіро-зеленого відтінку, які з часом знебарвлюються. Такі плями поступово грубішають, висихають и стають білими. У покритонасінних рослин некротичні плями, які утворилися в міжжилкових ділянках листка, часто об’єднуються, утворюючи смуги [7].
Як інформативні показники за цих умов у наукових експериментах використовують висоту рослин і площу асиміляційної поверхні, що характеризує кількість листків на рослині та їх площу, має першорядне значення в адаптації рослинних організмів до стресових умов існування [1; 6; 9]. Слід зазначити, що більшість досліджень фітотоксичної дії сполук свинцю, SO2 та NO2 на ростові процеси та стан асиміляційного апарату в модельних експериментах проводилася на сільськогосподарських, трав’янистих дикорослих і декоративних деревних рослинах [6; 9; 12; 14; 15; 18]. Дані з вивчення впливу вищезазначених токсикантів на трав’янисті декоративні рослини мають поодинокий характер [23]. Задовільний стан надземних вегетативних органів (особливо листкового апара -ту) - показник нормального розвитку рослин за дії сполук свинцю, SO2 та NO2, що відіграє важливу роль в їх декоративності.
Мета роботи - з’ясувати характер впливу SO2, NO2 та іонів свинцю за умов модельних дослідів на ріст і стан асиміляційної поверхні декоративних квітникових рослин, виявити видоспецифічні реакції на дію фітотоксикантів.
Матеріал і методи досліджень
Об’єкти досліджень - декоративні рослини: Tagetes patula L. (чорнобривці розлогі), Chrysanthemum leucanthemum L. (королиця звичайна), Calendula officinalis L. (календула лікарська), Salvia splendens L. (шавлія блискуча). Рослини вирощували на гравійній культурі на розчині Кнопа за температури +24 ± 2 °С та фотоперіоду 16 годин освітленості 10 000 лк люмінесцентними (ЛБ-40) та лампами денного світла (УСП 35-2). У віці 40 діб рослини піддавали дії NO2, SO2 та іонів свинцю.
Для вивчення роздільної дії NO2 та SO2 закладено два варіанти досліду: 1) контроль; 2) 5 ГДК. Фумігацію проводили у фумігіційних камерах протягом 3 годин на добу після початку експерименту. Вплив свинцю на морфометричні показники рослин вивчали у двох варіантах досліду: 1) контроль; 2) 15 ГДК. Досліди проводили в триразовій повторності, у кожній повторності - по 30 рослин.
Регулярно протягом вегетації відмічали висоту рослин, кількість листків та їх площу, проводили морфометричні виміри за загальноприйнятими методиками [3]. Назви рослин подані за В. Н. Головкіним [2]. Статистичну обробку даних проводили за допомогою пакета прикладних програм MS Excel із застосуванням критерію Стьюдента [4].
Результати та їх обговорення
Вивчення роздільного впливу деяких інгредієнтів автотранспортних викидів (SO2, NO2 та Pb2+) на ріст декоративних квітникових рослин чотирьох видів дозволило встановити, що за дії свинцю висота рослин найбільше різниться від контрольних значень, ніж у варіантах із кислими газами (рис. 1, табл. 1). Найістотніше різнилося значення даного показника у C. leucanthemum (на 63,0 % порівняно з контролем). Зниження висоти рослин C. officinalis, S. splendens і T. patula було майже на одному рівні (50,0, 49,6 та 48,1 %, відповідно). Кількість листків на рослині та їх площа зменшувалися в усіх досліджуваних видів за дії Pb2+. Найчутливішим видом до дії іонів свинцю на дані показники є C. leucanthemum, про що свідчить зменшення величини асиміляційної поверхні на 74,8 % порівняно з контролем (див. рис. 1). У C. officinalis та T. patula зниження значення даного показника становить 40,5 та 45,3 % відповідно. Рослини
S. splendens мали площу асиміляційної поверхні на 59,0 % меншу за контрольну.
Вплив SO2 та NO2 спричинював зменшення висоти рослин і асиміляційної поверхні щодо контрольних значень (табл. 1, 2). За дії NO2 C. officinalis і T. patula мали схожі значення висоти рослин, які різнилися від контрольного на 33,1 та 31,2 % відповідно (див. табл. 1). У C. leucanthemum ріст стебла у висоту гальмувався порівняно з контрольним варіантом на 23,7 %. Найнегативніший ефект дії NO2 на значення показника виявлений у S. splendens (на 41,6 % від значень у необроблених рослин). Дія NO2 на асиміляційний апарат декоративних рослин викликала зменшення кількості листків на стеблі та зменшення їх площі. Площа асиміляційної поверхні у C. leucanthemum та S. splendens різнилася від значень контрольного варіанта на 46,5 та 47,8 % відповідно. Значення даного показника у C. officinalis знижувалося порівняно з нефумігованими рослинами на 34,5 %. Найменший фітотоксичний ефект NO2 на листкову поверхню був у T. patula (29,2 %).
Вплив 5 ГДК SO2 на рослини, як і 5 ГДК NO2 був негативним для ростових процесів. Фуміговані цим газом рослини були нижчими за нефуміговані. Так, у C. officinalis та S. splendens висота зменшувалася порівняно з контрольними рослинами на 38,1 та 31,2 %. У C. leucanthemum значення параметра знижувалися на 22,8 %, а у T. patula - на 24,9 % відповідно. Площа асиміляційної поверхні за дії SO2 скорочувалася в усіх досліджуваних видів. Найсильніше - у C. officinalis (на 38,9 % порівняно з
80
контролем). Майже на однаковому рівні відбувалося зниження показника в C. leucanthemum та <£ splendens (на 31,9 та 30,7 % відповідно). Найстійкішим із досліджуваних видів виявився T. рatula: зменшення значень показника на 24,0 %.
80
Морфометричні показники
□ Calendula officinalis Я Chrysanthemum leucanthemum
Ш Salvia splendens S Tagetes patula
Рис. 1. Вплив іонів свинцю на висоту (а) та площу асиміляційної поверхні (б)
декоративних рослин
Таблиця 1
Вплив кислих газів на висоту стебла рослин (см)
Вид Контроль no2, 5 ПДК % до контролю td S02, 5 ПДК % до контролю td
Calendula officinalis 11,8 і 0,45 7,9 і 0,29 67,1 7,25 9,5 і 0,32 80,7 4,11
Chrysanthemum leucanthemum 21,1 і 0,97 16,1 і 0,72 76,3 4,13 16,2 і 0,72 77,1 3,99
Salvia splendens 12,5 і 0,53 7,3 і 0,31 58,5 8,45 8,6 і 0,31 69,2 6,27
Tagetes patula 15,4 і 0,64 10,6 і 0,39 69,0 6,36 13,1 і 0,48 85,3 2,83
Таблиця 2
Вплив кислих газів на асиміляційну поверхню рослин (см2)
Вид Контроль no2, 5 ПДК % до контролю td S02, 5 ПДК % до контролю td
Calendula officinalis 70,2 і 2,80 46,1 і 1,18 65,5 7,96 42,1і1,13 60,0 10,95
Chrysanthemum leucanthemum 84,5 і 3,80 45,2 і 1,15 53,5 9,90 57,6і2,18 68,2 8,65
Salvia splendens 50,3 і 1,98 26,3 і 0,98 52,3 10,88 35,1і1,14 69,5 9,49
Tagetes patula 51,4 і 2,23 36,3 і 1,12 70,8 6,02 44,2+1,17 86,0 3,79
Найрозповсюдженішими пошкодженнями у рослин за дії полютантів були різноманітні хлорози листкової пластинки, некрози різного ступеня та локалізації, утворення плям різного кольору. До специфічних реакцій рослин на дію полютантів належали антоціанове забарвлення листкових пластинок та стебел у T. patula за дії свинцю, червонувато-коричневі плями на листковій пластинці (за дії SO2) та порушення розташування листків (за дії свинцю) у C. officinalis. У S. splendens за дії іонів свинцю утворювалися тератоморфи стебла та листкової пластинки, верхівковий некроз листкових пластинок, за дії SO2 - темно-коричневі плями на листковій пластинці. Рослини C. leucanthemum за дії цього полютанту мали перфорованість між жилками. За дії NO2 у різних видів утворювалися плями білого або темно-коричневого кольору.
Таким чином, реакції рослин на дію SO2, NO2 та іонів свинцю у досліджуваних концентраціях мали видоспецифічний характер. Рослини C. officinalis виявилися
81
найчутливішими до дії S02. Найтоксичнішим виявився вплив іонів свинцю на ростові процеси C. leucanthemum. Фумігація N02 найсильніше влинула на досліджувані показники у S. splendens. T. patula виявився найтолерантнішим з усіх видів до дії S02, N02 та іонів свинцю.
Висновки
Вплив S02, N02 та іонів свинцю на рослини Calendula officinalis, Chrysanthemum leucanthemum, Salvia splendens і Tagetes patula за умов модельного досліду має фітотоксичний характер. Фітотоксична дія іонів свинцю на ріст Calendula officinalis, Chrysanthemum leucanthemum, Salvia splendens і Tagetes patula є більшою, ніж S02 та N02. Найчутливішим видом до дії S02 були рослини Calendula officinalis, до дії N02 -Salvia splendens, іонів свинцю - Chrysanthemum leucanthemum.
Бібліографічні посилання
1. Гетко Н. В. Растения в техногенной среде. - Минск : Наука и техника, І989. - 208 с.
2. Головкин В. Н. Декоративные растения СССР I В. Н. Головкин, Л. А. Китаева, Э. П. Немчен-ко. - М. : Мысль, І986. - 320 с.
3. Клейн Р. М. Методы исследования растений I Р. М. Клейн, Д. Т. Клейн. - М. : Колос, І974. -527 с.
4. Лакин Г. Ф. Биометрия. - М. : Высшая школа, І990. - 352 с.
5. Мальхотра С. С. Биохимическое и физиологическое действие приоритетных загрязняющих веществ I С. С. Мальхотра, А. А. Хан II Загрязнение воздуха и жизнь растений I М. Трешоу; Пер. с англ. В. И. Егорова, И. М. Куниной. - Л. : Гидрометеоиздат, І988. - С. 144-189.
6. Николаевский В. С. Биологические основы газоустойчивости растений. - Новосибирск : Наука, І979. - 276 с.
7. Смит У. Х. Лес и атмосфера. - М. : Прогрес, І985. - С. 287-288.
8. Сойккели С. Клеточные и ультраструктурне эффекты I С. Сойккели, Л. Карелампи II Загрязнение воздуха и жизнь растений. - Л. : Гидрометеоиздат, І988. - С. І90-204.
9. Сыщиков Д. В. Аккумуляция тяжелых металлов ассимиляционным апаратом цветочно -декоративных растений при разном уровне загрязнения почвы II Актуальні проблеми ботаніки, екології та біотехнології: Матер. Міжнар. конф. молодих учених-ботаніків. - К. : Фіто-центр, 2006. - С. І68-І69.
10. Ashenden T. W. Growth reductions in Lolium multiflorum Lam. and Phleum pretense L. as a result of S02 and N02 pollution I T. W. Ashenden, I. A. Mansfield II Envirin. Polut. - І980. - Vol. 2І. -P. І3І-І39.
і і. Capron T. M. Inhibition of growth in tomato by air polluted with nitrogen oxides I T. M. Buchaur, T. A. Mansfield. II J. Exper. Botany. - І977. - Vol. 28, N І. - P. ІІ2-І І6.
12. Dwivedi A. K. Ambient air sulphur dioxide and sulphate accumulation in deciduous and evergreen plants II J. Environ. Biol. - 20І2. - Vol. 33. - P. І-3.
13. Elkey T. Sulphat, total sulphur and total nitrogen accumulation by petunia leaves exposed to ozone, sulphur dioxide and nitrogen dioxide I T. Elkey, D. P. Ormrod II Environ. Pollut. - І98І. - Vol. 24. -P. 233-24І.
14. Influence of lead on growth and nutrient accumulation in canola (Brassica napus L.) cultivars I M. Y. Ashraf, N. Azhar, M. Ashraf et al. II J. Environ. Biol. - 20ІІ. - Vol. 32. - P. 259-266.
15. Koslow E. E. Lead-containig particles on urban leaf surfaces I E. E. Koslow, W. H. Smith II Environ. Sci. Technol. - І977. - Vol. ІІ. - P. І0І9-І02І.
16. Mudd J. B. Biochemical effects of some air pollutants on plants II Air Pollution Damage to
Vegetation. - Washington : Adv. Chem.Series, D. C., І973. - P. 31-47.
17. Mudd J. B. Responses of plant to air pollution I J. B. Mudd, T. T. Kozlowski. - New York:
Academic Press, І975. - 383 p.
18. Neubert A. Uptake of NO, NO2 and O3 by sunflower (Helianthus annuus L.) and tobacco plants (Nicotiana tabacum L.): Dependence on stomatal conductivity / A. Neubert, D. Kley, J. Wildt // Atmospheric Environment. - 1993. - Vol. 14. - P. 2137-2145.
19. Oguntimehin J. The use of sunpatiens (Impatiens spp.) as a bioindicator of same simulated air pollutants - Using an ornamental plant as bioindicators / I. Oguntimehin, H. Kondo, H. Sakugawa // Chemosphere. - 2010. - Vol. 80. - P. 278-290.
20. Reich P. B. Effect of ozone and acid in five soils. II. Net photosynthesis and growth / P. B. Reich, A. W. Schoettle, H. F. Stros // Can. J. Bot. - 1987. - Vol. 65, N 5. - Р. 977-987.
21. Rowland-Bamford A. J. The influence of plant nitrogen status on NO2 uptake, NO2 assimilation and on the gas exchange characteristics of barley plants exposed to atmospheric NO2 / A. J. Rowland-Bamford, M. C. Drew // J. Exper. Botany. - 1988. - Vol. 39, № 9. - P. 1287-1297.
22. Singh S. N. Synergistic action of particulate and gaseous pollutants on the growth of Triticum aestivum L. // Journal of Experimental Botany. - 1980. - Vol. 31, N 6. - P. 1701-1705.
23. Sinhal V. K. EDTA and citric acid mediated phytoextraction of Zn, Cu, Pb and Cdthrough marigold (Tagetes erecta) / V. K. Sinhal, A. Srivastava, V. P. Singh // J. of Environ. Biol. - 2010. - Vol. 31. -P. 255-259.
24. Taylor O. C. Oxides of nitrogen / O. C. Taylor, C. R. Thompson // Responses of Plant to Air Pollution. - New York : Academic Press, 1975. - P. 121-139.
25. Tree as bioindicator of heavy metal pollution in three european cities / T. Sawidis, J. Breuste, M. Mitrovic et al. // Environ. Pollut. - 2011. - Vol. 159, N 6. - P. 3560-3570.
26. Ziegler L The effect of SO 2 on the activity of ribulose-1,5-diphoshate carboxylase in isolated spinach chloroplasts // Planta. - 1972. - Vol. 103. - P. 155-163.
27. Zywotnosc pyiku invasion sosny zwyczajnej z roznychstret zagrozenia przez emisje przemyslowe / M. Gozdalik, A. Zaleski, W. Kantorowicz et al. // Pr. Inst. Bad. Les. - 1998. - № 856-862. - С. 5-47.
Надійшла до редколегії 26.03.2012
