CC BY
89
УДК 631.811.98
О ВОЗМОЖНОСТИ УСИЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ФИТОЭКСТРАКЦИИ В УСЛОВИЯХ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛЯТОРОВ РОСТА
© 2016 Т.А. Белова1, А.Е. Шалиманова2
1докт. биол.наук, проф. каф. общей биологии и экологии е-mail: t. [email protected]
2студентка 4 курса ЕГФ направления подготовки 06.03.01 Биология профиля Биоэкология е-mail: ashalimanova@,list. ru
Курский государственный университет
Представлены экспериментальные данные о влиянии стимулятора корневой системы «Этамона» на первые этапы развития растений томата в условиях повышенных доз цинка для выявления его ростостимулирующего эффекта и усиления процесса фитоэкстракции. Результаты достоверно доказывают ингибирующий эффект цинка на ранние стадии развития растений и независимо от этого свидетельствуют о наличии ростостимулирующего эффекта под влиянием этамона и усилении процесса фитоэкстракции под его воздействием.
Ключевые слова: регулятор роста растений, тяжелые металлы, морфометрические показатели, фиторемедиация, фитоэкстракция, растения-аккумуляторы.
В связи с постоянным возрастанием антропогенной нагрузки на окружающую среду происходит химическое загрязнение почв различными поллютантами. К числу наиболее приоритетных загрязнителей, обладающих высоким токсичным, мутагенным и канцерогенным эффектом, относят тяжелые металлы. При низких концентрациях в среде многие из них являются эссенциальными элементами, являющимися важнейшими компонентами биокатализаторов и биорегуляторов физиологических процессов. Однако в условиях загрязнения тяжелые металлы могут накапливаться в верхних горизонтах почвы, активно воздействуя на растения. Это может приводить к постепенному изменению химического состава почвы, нарушению единства геохимической среды и живых организмов. При этом скорость самоочищения почв чрезвычайно низка, например, период полуудаления цинка составляет до 310 лет.
Увеличение концентрации тяжелых металлов в почве стимулирует повышение их содержания в растениеводческой продукции, а следовательно, и в продуктах питания, что определяет необходимость изыскания способов снижения их содержания в растениях и изучения процессов фитоэкстракции под влиянием различных факторов.
Зеленые растения способны извлекать из окружающей среды и обезвреживать соединения мышьяка, цинка, кадмия, меди, ртути, свинца, которые затем концентрируются в растительных тканях. На основе этого появился метод очистки окружающей среды, который был назван фиторемедиацией. Фиторемедиация стала эффективным и экономически выгодным методом очистки окружающей среды [Постников 2009]. Биологическое значение этого феномена еще до конца не раскрыто: можно предположить, что высокое содержание токсичных элементов защищает растения от вредителей и делает их более устойчивыми к болезням. Использовать растения-аккумуляторы тяжелых металлов для очистки почвы и воды предложили еще в начале 80-х годов. С тех пор были найдены гипераккумуляторы: горчица сарептская
оказалась эффективным накопителем свинца, меди и никеля; кукуруза и амброзия способны накапливать свинец [Неведров, Проценко 2013].
К сожалению, как в отечественной, так и в зарубежной литературе слишком мало информации о механизмах накопления растениями тяжелых металлов, более того, отсутствует информация об овощных растениях-аккумуляторах и о возможном влиянии на процесс фитоэкстракции регуляторов роста.
В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение последствий фитоэкстракции цинка растениями Solanum lycopersicum в условиях регулирующего влияния этамона (диметил фосфорнокислый (2- гидроксиэтил) аммония).
В последнее время в практике овощеводства все больший интерес представляют регуляторы роста, которые применяют для повышения устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам [Шалиманова 2015]. В экспериментальной работе изучалось влияние этамона на первые этапы развития растений томата в условиях повышенных доз цинка для выявления его ростостимулирующего эффекта и индуцирования процесса фитоэкстракции.
Экспериментальная работа выполнялась на базе кафедры общей биологии и экологии Курского государственного университета. Объектами исследования являлся сорт томата «Бычье сердце» производства ООО «АгроникА», регулятор роста «Этамон» и почва, загрязненная семиводным сульфатом цинка. В условиях лабораторных опытов изучали влияние водного раствора регулятора на динамику прорастания семян, начальный рост и развитие сеянцев томата. Семена высеивали в почву, содержащую семиводный сульфат цинка в концентрациях 3 ПДК и 5 ПДК, предварительно замачивая в течение 3 часов в водном растворе регулятора роста «Этамон» - 1мл/л.
Полученные результаты достоверно доказывают ингибирующий эффект сульфата цинка на рост проростков томата на ранних стадиях развития. Морфометрические показатели проростков снижались в сравнении с контрольными вариантами на 19,3 и 54,4 % при выращивании без применения Этамона, на 21,6 и 51,2 % в условиях воздействия регулятора роста (см. рис.).
7
6
5
4
6,2
5,25
4,4
3,4
4,1
Вода (К) Вода (3 Вода (5 Этамон (К) Этамон (3 Этамон (5 ПДК) ПДК) ПДК) ПДК)
Морфометрические параметры проростков томата (длина гипокотиля, см) под влиянием регулятора роста и превышенных доз цинка
Независимо от этого, анализ данных показал наличие ростостимулирующего эффекта под влиянием этамона во всех вариантах опыта, независимо от концентрации цинка.
3
2
1
0
Белова Т. А., Шалиманова А. Е. О возможностях усиления процессов фитоэкстракции
в условиях влияния регуляторов роста
Сравнительный анализ длины гипокотеля указывает на увеличение данного показателя на 15,9-20,6 %. При этом наибольший эффект регулятора роста проявился в условиях выращивания на почве с концентрацией цинка 5 ПДК, что свидетельствует об увеличении устойчивости растений к абиотическим стрессам, в данном случае к загрязнению почвы тяжелыми металлами. Подобная закономерность прослеживается и при изучении площади семядольных листьев.
По окончании опыта проводилось измерение биологических параметров (биомассы) Lycopersicon esculentum Mill. При анализе полученных данных выяснили, что при обработке семян томата раствором регулятора роста «Этамон» и высевании их в почву, уровень загрязнения которой равен 3 и 5 ПДК, в дальнейшем наблюдается значительное снижение биомассы проростков томатов. Причем чем выше уровень загрязнения почвы, тем биомасса проростков ниже.
При оценке выноса цинка проростками томата в условиях действия регулятора роста установлено, что содержание цинка в них резко увеличивается по сравнению с контролем (количественное определение цинка в проростках томата проводили согласно МУ 31-04/04). Полученные экспериментальные данные показали, что наибольшая концентрация тяжелых металлов наблюдается в образцах с этамоном (особенно в варианте «Этамон» 5 ПДК (табл. 1).
Таблица 1
Количественное содержание тяжелых металлов в исследуемых образцах
Этамон (К) Этамон Этамон Вода Вода Вода
(3 ПДК) (5 ПДК) (К) (3 ПДК) (5 ПДК)
1,9 ± 0,9 мг/кг 7,9 ± 3,7 мг/кг 9,3 мг/кг 0,66 ± 0,31 мг/кг 1,3 ± 0,6 мг/кг 3,45 мг/кг
Фитоэкстракционная способность проростков Lycopersicon esculentum Mill определялась уровнем загрязнения почвы: чем выше уровень загрязнения, тем больше
проявляется фитоэкстракционная способность (табл. 2).
Таблица 2
_Вынос цинка проростками томата в кг/га в условиях загрязнения_
Загрязнение почвы Без загрязнения Уровень загрязнения почвы 3 ПДК Уровень загрязнения почвы 5 ПДК
Вариант Вода (К) Этамон (К) Вода (3 ПДК) Этамон (3 ПДК) Вода (5 ПДК) Этамон (5 ПДК)
Биологический вынос цинка, кг/га 0,00005 0,0001 0,00009 0,0004 0,0002 0,0005
Полученные данные убедительно свидетельствуют о том, что регулятор роста «Этамон» обладает выраженными ростостимулирующими свойствами и при этом способствует повышению процесса фитоэкстракции.
Полученные данные имеют достаточно обоснованную научную интерпретацию: синтетические аналоги фитогормонов стимулируют обменные процессы растений, повышая интенсивность поглощения веществ, в частности тяжелых металлов, в данном случае цинка. Но при этом под влиянием регуляторов роста и в условиях повышенного содержания металлов растения проявляют высокие адаптационные способности. Концентрация цинка в растениях томата лежит в пределах ПДК (10 мг/кг), следовательно, томаты с выявленной концентрацией цинка пригодны для употребления.
Так как томат является ценной овощной культурой, то продукция, полученная при использовании синтетических биостимуляторов при выращивании данной
культуры в условиях повышенных доз тяжелых металлов, должна подвергаться химическому анализу на содержание тяжелых металлов
Библиографический список
МУ 31-04/04. Количественный химический анализ проб пищевых продуктов, продовольственного сырья, кормов и продуктов их переработки, биологически активных добавок к пище, биологических объектов. Методика выполнения измерений массовых концентраций цинка, кадмия, свинца и меди методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА. ФР.1.31.2004.00986. Томск: Изд-во ТПУ, 2004. 23 с.
Неведров Н.П., Проценко Е.П. Фитоэкстракция цинка растительностью урбоэкотопов города Курска в сравнении с культурными растениями [Электронный ресурс] // Ученые записки. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. №4. Режим доступа: http://www.scientific-notes.ru/pdf/033-005.pdf (дата обращения: 13.04.2016).
Постников Д. А. Фитомелиорация и фиторемедиация почв сельскохозяйственного назначения с различной степенью окультуренности и экологической нагрузки: автореф. дис. ... докт. с.-х. наук. Брянск, 2009. 42 с.
Шалиманова А.Е., Ларина Е.Н., Белова Т.А. Изучение процесса роста и развития семян овощных и бобовых культур под влиянием регуляторов роста и ЭМ-препаратов // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. №1-1. С. 123-124
