CC BY
347 ; ВЕСТНИК ПГТПУ
Серия № 2. Физико-математические и естественные науки
УДК 579.66
Александр Владимирович Горынцев
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры ботаники
ФГБОУ ВО «Пермский государственный гуманитарно-педагогический
университет», Пермь, Россия 614990, Пермь, Сибирская, 24, (342) 238-63-44, e-mail: [email protected]
Артем Алексеевич Назаров
МБОУ «Лицей №1» Пермь, Россия 614067, Пермь, Ветлужская, 89
Алексей Владимирович Назаров
кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и генетики растений
ФГБОУ ВО «Пермский государственный научно-исследовательский
университет», Пермь, Россия 614990, Пермь, Букирева, 15, (342) 280-84-31, e-mail: [email protected]
ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБНОСТИ ПРОРОСТКОВ НЕКОТОРЫХ РАСТЕНИЙ ОЧИЩАТЬ ВОДУ ОТ ИОНОВ МЕДИ
Alexandr V. Goryntsev
Candidate of agricultural sciences, Associate Professor at the Department of Botany
Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Perm State Humanitarian Pedagogical University» 24, Sibirskaja, 614990, Perm, Russia, e-mail: [email protected]
Artem A. Nazarov
Municipal Budget Educational Establishment «Lyceum №1»
Perm, Russia 614067, Perm, Vetluzhskaya, 89 Alexey V. Nazarov
Candidate of biological sciences, Associate Professor of the Chair of Botany and
Genetics of Plants
Federal State Budget Educational Institution of Higher Education «Perm State National Research University » 15, Bukirev, 614990, Perm, Russia, e-mail: [email protected]
RESEARCH OF CAPACITY OF SEEDS OF SEPARATE PLANTS TO CLEAR WATER FROM COPPER IONS
Аннотация. Оценена способность проростков растений овса посевного (Avena sativa), гороха посевного (Pisum sativum), рапса (Brassica napus), вики
© Горынцев А.В., Назаров А.А., Назаров А.В., 2017
посевной (Vicia sativa), редьки масляничной (Raphanus sativus) и донника лекарственного (Melilotus officinalis) очищать воду от ионов меди. Наибольшее снижение концентрации меди в воде отмечено в варианте опыта с проростками овса посевного и донника лекарственного, которые уменьшали содержание ионов меди на 85,7 и 68,8 % соответственно.
Ключевые слова: фиторемедиация, медь, загрязнение воды, бластфильтрация.
Abstract. The ability of seedlings of Avena sativa, Pisum sativum, Brassica napus, Vicia sativa, Raphanus sativus and Melilotus officinalis to purify water from copper ions is estimated. The greatest decrease in the concentration of copper in water was noted in the variant of the experiment with seedlings of oat seed and sweet potato, which reduced the content of copper ions by 85.7 and 68.8 % respectively.
Key words: phytoremediation, copper, water pollution, blastfiltration.
Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами - актуальная современная проблема. Тяжелые металлы обладают высокой токсичностью, поступая в окружающую среду, они не трансформируются живыми организмами и накапливаются в трофических цепях [2]. Основные источники поступления токсичных металлов в водную среду - прямое загрязнение и сток с суши, важную роль в загрязнении гидросферы металлами играют сточные воды и перенос с атмосферой [5]. Один из распространенных загрязнителей среди тяжелых металлов - медь [5, 6]. Она наряду с хромом, никелем, ртутью и свинцом относится к приоритетной группе металлов-токсикантов, наиболее опасных для здоровья человека и животных [2].
Растения способны удалять тяжелые металлы из воды [3].
Для очистки загрязненной тяжелыми металлами воды в 1997 г. была предложена технология бластофильтрация, при которой проростки растений выращиваются в водном растворе с аэрацией (в аквакультуре) и поглощают или адсорбируют на своей поверхности тяжелые металлы [8]. Несмотря на то что данный способ очистки воды рекомендован достаточно давно, эффективность использования бластофильтрации для снижения концентрации в водном растворе ионов меди до настоящего времени изучена недостаточно.
Цель работы - исследование способности проростков овса посевного, гороха посевного, рапса, вики посевной, редьки масляничной и донника лекарственного очищать воду от ионов меди.
В исследовании использовали пятисуточные проростки растений овса посевного (Avena sativa), гороха посевного (Pisum sativum), рапса (Brassica napus), вики посевной (Vicia sativa), редьки масляничной (Raphanus sativus) и донника лекарственного (Melilotus officinalis). Содержание меди в растворе
ВЕСТНИК ПГГПУ
Серия № 2. Физико-математические и естественные науки
определяли колориметрически на фотоэлектроколориметре КФК-2 (Оптико-механический завод «ЗОМЗ», Россия) аммиачным методом, который основан на образовании ионом Си2+ с аммиаком комплекса [Си(МН3)4]2+, окрашенного в интенсивно синий цвет [4].
Схема опыта 1. Проростки овса посевного, гороха посевного, рапса, вики посевной, редьки масляничной и донника лекарственного по 10 штук помещали в контейнеры, содержащие 10 мл раствора медного купороса (пентагидрата сульфата меди С^04'5Н20) с концентрациями 0,3 и 0,1 %. Через трое суток определяли содержание меди в растворе. Для оценки фитотоксичности растворов измеряли рост корней растений по разнице в длине корней в начале и конце опыта.
Схема опыта 2. Пятидневные проростки овса посевного и донника лекарственного общей массой 50 г помещали в 1 л раствора медного купороса в концентрации 0,1%, что соответствовало содержанию Си2+ - 256 мг/л. Растворы с проростками аэрировали с помощью компрессора. В течение трех дней отбирали 10 мл раствора для определения в нем концентрации меди.
В результате исследования обнаружено, что все изученные растения относительно устойчивы к раствору медного купороса в концентрации 0,1 и 0,3 %. Гибели растений в эксперименте не отмечено. При концентрации медного купороса 0,1% наибольшая устойчивость отмечена у проростков гороха, вики, рапса, у которых не отмечалось негативного влияния ионов меди на рост корня (рис. 1).
3
2,5
2
О
г- К 1,5
а. о 1
н 'у
О л. 0,5
0
Ы
ъ.
Горох Овес Вика Редька Рапс Донник □ Контроль ИОДО % 1110,3 %
Рис. 1. Рост корней растений на растворах медного купороса. Контроль - вода без
добавления медного купороса
Следует отметить, что при этом горох и вика усвоили из раствора наименьшее количество ионов меди (рис. 2). Рост корней овса, редьки и донника при данной концентрации медного купороса в сравнении
с контролем без добавления солей меди уменьшился в 2,5, 7,7 и 2,2 раза соответственно. Наиболее устойчивым к содержанию 0,3%-ного медного купороса был рапс, отрицательное влияние ионов меди на рост корня данного вида растения отсутствовал (см. рис. 1). Рост корней гороха, овса, вики, редьки и донника при данной концентрации медного купороса в сравнении с контролем без добавления солей меди снизился в 1,9, 2,7, 5,8, 27,0 и 2,2 раза соответственно.
Усвоение и адсорбция проростками ионов меди при начальной концентрации 0,1% медного купороса в растворе в расчете на 1 г биомассы составило у гороха - 4,0 мг/г, овса - 20,0 мг/г, вики - 5,2 мг/г, редьки - 4,3 мг/г, рапса - 14,7 мг/г, донника - 35,4 мг/г; при начальной концентрации медного купороса в растворе 0,3%: у гороха - 0,3 мг/г, овса - 31,1 мг/г, вики - 13,7 мг/г, редьки - 11,3 мг/г, рапса - 75,5 мг/г, донника - 17,4 мг/г (рис. 2).
Рис. 2. Снижение концентрации меди в воде относительно массы растений, мг/г
По результатам опыта 1 как наиболее эффективные для опыта 2 были выбраны проростки овса и донника. Наибольшее снижение концентрации меди в воде отмечено в варианте опыта с проростками овса. Через трое суток содержание ионов меди в данном варианте снизилось на 85,7 % (рис. 3). Концентрация ионов меди в воде с проростками донника лекарственного уменьшилась на 68,8 %.
ВЕСТНИК ПГГПУ
Серия № 2. Физико-математические и естественные науки
U
ч о со
03 =
и
К =
я
<Я
а
н
X
я
X &
300 250 200 150 100 50 0
0
2
3
Сутки
□ Донник ШОвес □ Контроль
Рис. 3. Концентрация меди в воде в модельном реакторе, мг/л. Контроль - раствор медного
купороса без растений
Ионы меди из раствора в проведенном эксперименте удалялись проростками растений менее эффективно, чем ионы свинца в аналогичном эксперименте с использованием проростков подсолнечника, гороха и клещевины. Через трое суток при начальной концентрации свинца 100 мг/л из воды проростками подсолнечника было удалено 91,6 мг свинца в расчете на 1 г массы растений, гороха - 40,7 мг/г и клещевины - 52,8 мг/г [7]. В целом метод бластофильтрации показал большую эффективность, чем очистка воды от меди с помощью водных растений валлиснерии спиральной (Vallisneria spiralis) и кладофоры шаровидной (Cladophora aegagropila). Растения очищали воду от меди при начальной концентрации Си2+ - 0,5 мг/л через 28 суток кладофора на 96 %, валлиснерия - на 94 %, при совместном культивировании обоих видов растений концентрация Си2+ снижалась в воде на 98 % [1].
Таким образом, в результате исследования обнаружено: 1. Все изученные растения относительно устойчивы к медному купоросу в концентрации 0,1 и 0,3 %. Гибели растений в эксперименте не отмечено. При концентрации медного купороса 0,1% установлен ряд устойчивости видов растений: горох=вика=рапс>донник>овес>редька, при концентрации 0,3 % - рапс> горох>донник>овес>вика >редька. 2. Выявлено, что при концентрации медного купороса 0,1 % эффективность в очистке воды от меди выглядела следующим образом: донник >овес >рапс >редька=вика >горох, при концентрации 0,3 % -рапс> овес >донник>вика >редька > горох. 3. Наибольшее снижение
1
концентрации меди в воде отмечено в варианте опыта с проростками овса посевного и донника лекарственного, которые уменьшали содержание ионов меди на 85,7 и 68,8 % соответственно.
Список литературы
1. Зайнутдинова Э.М. Ягафарова Г.Г. Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с использованием водных растений // Башкирский химический журнал. - 2013. - Т. 20, № 3. - С. 150-152.
2. Зилов Е.А. Гидробиология и водная экология: учебное пособие. -Иркутск: Иркут. ун-т, 2007. - 147 с.
3. Золотухин И.А., Никулина С.Н., Федосеева Л.А. Снижение концентрации микроэлементов в водной среде под воздействием корневых систем // Экология. - 1995. - № 3. - С. 248-249.
4. Методические указания к лабораторным работам по учебной дисциплине Химия. - Брянск: ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»; Мичуринский филиал, 2014. - 129 с.
5. Мониторинг качества поверхностных вод Ставропольского края / О.А. Подколзин, В.А. Стукало, А.В. Лошаков, С.В. Савинова, Н.Ю. Хасай // Инновации аграрной науки и производства: состояние, проблемы и пути решения: сборник научных трудов. - Ставрополь: АГРУС, 2008. - С. 152-159.
6. Шишкин М.А., Лаптева А.К. Эколого-геохимический анализ современных ландшафтов Прикамья. - Екатеринбург: УрО РАН, 2009. - 286 с.
7. Phytoremediation for heavy metal pollution in water II. The blastofiltration of Pb from water / Q.U.R. Lin, L.D. Sen, D.U.R. Qian, J.M. Yao // J. Agro. Environ. Sci. - 2002. - № 6. - P. 341-356.
8. Raskin I., Smith R.D., Salt D.E. Phytoremediation of metals: using plants to remove pollutants from the environment // Curr. Opin. Biotechnol. -1997. - № 8. -P. 221-226.
