CC BY
24
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 581.192:634.11 (571.5) М. В. Баханова1, Е. В. Чупарина2, Ю. М. Батуева1, Н. М. Ловцова1, А. А. Утенкова1
Особенности элементного состава у различных форм яблони ягодной в зависимости от условий произрастания
'Бурятский государственный университет, г. Улан-Удэ, Россия 2Институт геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск, Россия
Аннотация. Актуальность исследуемой проблемы обусловлена тем, что проводимые исследования имеют практическую значимость для селекции и интродукции яблони на территории Восточной Сибири. Целью исследований было выявление химического состава почв, листьев и плодов в разных формах яблони ягодной, произрастающей на территории Восточной Сибири. Были поставлены задачи: отбор образцов для исследований с естественных и искусственных мест произрастания, определение качественного состава и количественного содержания элементов с помощью рентгенофлуоресцентного анализа, обработка данных. В качестве объектов для исследований были взяты различные формы яблони ягодной (Malus baccata (L.) Borkh.): высокорослые и карликовые формы, яблоня ягодная (форма бурая), яблоня ягодная (форма вишнеплодная). Для исследования химического состава органов у различных форм яблони ягодной были отобраны плоды и листья в фазе плодоношения из местообитаний на территории Республики Бурятия, в г. Улан-Удэ и Иркутской области, а также почвенные образцы, собранные в естественных и искусственных местах произрастания. Ведущим методом для изучения качественного состава и количественного содержания элементов был метод рентгенофлуоресцентного анализа. Выяснено, что по химическому составу почвы соответствуют супесчаным и суглинистым с высоким содержанием щелочных металлов и железа. Сравнение составов почвенных образцов, отобранных с урбанизированных и природных территорий, показало, что в городской агломерации содержание
БАХАНоВА Милада Викторовна - к. б. н., доцент кафедры ботаники Бурятского государственного университета, г. Улан-Удэ. E-mail: milada2015@bk.ru
BAKHANOVA Milada Viktorovna - Candidate of Biological, Assistant Professor of Department of Botany Buryat State University, Ulan-Ude.
ЧУПАРИНА Елена Владимировна - к. х. н., с. н. с. Института геохимии им. А.П. Виноградова СО РАН, г. Иркутск.
E-mail: lchup@igc.irk.ru
CHUPARINA Elena Vladimirovna - Candidate of Chemical Sciences, Senior Researcher A.P. Vinogradov Institute of Geochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Irkutsk. БАТУЕВА Юлия Михайловна - к. с.-х. н., Бурятский государственный университет, г. Улан-Удэ. E-mail: batuevaym@mail.ru
BATUEVA Yulia Mikhailovna - Candidate of Agricultural Sciences, Buryat State University, Ulan-Ude.
оксидов большинства основных элементов, а также микроэлементов превышает показатели природных ландшафтов. Составы яблони ягодной разных форм отличаются содержаниями как эссенциальных, так и потенциально токсичных элементов. Материалы статьи могут быть полезны для ландшафтных экологов, специалистов в области интродукции и селекции плодово-ягодных растений. Перспективы и дальнейшие направления работы заключаются в выявлении перспективных форм яблони ягодной, которые пополнят в дальнейшем сортимент возделываемых культур в Байкальском регионе.
Ключевые слова: яблоня ягодная, элементный состав, почва, листья, плоды, карликовая, бурая, вишнеплодная.
DOI 10.25587/SVFU.2018.68.21797
M. V. Bakhanova1, E. V. Chuparina2, Yu. M. Batueva1, N. M. Lovtsova1, A. A. Utenkova1
Features of Elemental Composition of Various Forms of Apple Berry Depending on Growing Conditions
'Buryat State University, Ulan-Ude, Russia 2A .P. Vinogradov Institute of Geochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences,
Irkutsk, Russia
Abstract. The relevance of the problem under investigation is due to the fact that the studies are of practical importance for the selection and introduction of apple trees in the territory of Eastern Siberia. The purpose of the research was to identify the chemical composition of soils, leaves and fruits in various forms of apple berry growing on the territory of Eastern Siberia. The tasks were to select samples for research from natural and artificial growth sites, to determine the qualitative composition and quantitative content of elements using X-ray fluorescence analysis, and data processing. Various forms of apple berry (Malus baccata (L.) Borkh.) Were used as objects for research: tall and dwarf forms, apple-tree apple (brown form), apple-tree apple (cherry-fruit form). To study the chemical composition of the organs in various forms of apple berry, fruits and leaves were selected during the fruiting phase from the habitats in the Republic of Buryatia, in Ulan-Ude and the Irkutsk region, and soil samples collected in natural and artificial growth areas. The leading method for studying the qualitative composition and quantitative content of elements was the method of X-ray fluorescence analysis. It was found out that according to the chemical composition the soils correspond to sandy loams and loamy soils with a high content of alkali metals and iron. A comparison of the compositions of soil samples taken from urban and natural areas showed that in the urban agglomeration the content of oxides of most basic elements, as well as microelements, exceeds the indices of natural landscapes. Compositions of apple berries of different forms differ in contents of both essential and potentially toxic elements. The materials of the article can be useful for landscape ecologists, specialists in the field of introduction and selection of fruit and berry plants. Prospects and further directions of work are to identify promising forms of apple berry, which will further supplement the range of cultivated crops in the Baikal region.
Keywords: apple-tree apple; elemental composition; soil, leaves, fruits, dwarfish, brown, cherry.
ЛовцоБА Наталья Михайловна - к. б. н., доцент кафедры ботаники Бурятского государственного университета, г. Улан-Удэ. E-mail: lovnat57@mail.ru
LOVTSOVA Natalia Mikhailovna - Candidate of Biological, Assistant Professor of Department of Botany Buryat State University, Ulan-Ude.
УТЕНКОВА Анастасия Андреевна - студент Бурятского государственного университета, г. Улан-Удэ. E-mail: hiroshimanagi@gmail.com
UTENKOVA Anastasia Andreevna - Student of Buryat State University, Ulan-Ude.
Введение
Яблоня ягодная (Malus baccata (L.) Borkh.) - достаточно распространенная культура в Восточной Сибири, которая отличается высокой морозоустойчивостью (до -56 оС), продолжительным цветением (до 14 дней), высокой декоративностью. Она используется в качестве подвоя. Форма яблони ягодной (Malus baccata subsp. fusca) характеризуется высокой восстановительной способностью после подмерзаний. Форма вишнеплодная (Malus baccata subsp. cerasifera) является высоко морозоустойчивой [1].
Яблоня ягодная - это ценное пищевое и лечебное плодовое растение, требуется постоянная работа по сохранению и улучшению ее ассортимента, особенно в резко континентальных условиях произрастания [2]. Вкусовые качества и пищевая ценность яблок зависят от содержания в них сахаров, органических кислот, полифенолов и других веществ [3]. Яблоня популярна в народной медицине, где ее свежие плоды используют как противоцинготное средство [4]. Настой или отвар сушеных и свежих плодов назначают при простудных заболеваниях как противолихорадочное средство, при заболеваниях легких и малокровии рекомендуют как общеукрепляющее и регулирующее обмен веществ средство [5-6]. В плодах яблони содержатся витамин С, органические кислоты, флавоноиды, немного дубильных веществ, микроэлементы [7-8]. По наличию органических кислот, дубильных веществ и содержанию витаминов плоды дикорастущих яблонь превосходят даже большинство культурных сортов. Обзор литературы показал, что яблоня ягодная и ее формы изучены недостаточно, в основном исследования касались морфологии и биоразнообразия видов, а также составов органических соединений. Так, публикация [9] посвящалась изучению морфологических и биохимических параметров для 32 видов яблони с акцентом на гималайские виды. Исследовались форма листа, содержание хлорофилла, активность пероксидазы, содержание фенольных компонентов с целью использования видов в качестве генетических ресурсов для совершенствования подвоя. В Северном Китае [10] исследовали применение CaCl2 для полива яблони Malus baccata с целью укрепления ее корневой системы и повышения устойчивости растения при быстрых изменениях температуры. Авторы [11] привели результаты сравнительного анализа составов жиров и жирных кислот в корнях, листьях и плодах карликовых и высокорослых форм яблони ягодной (Malus baccata L.) при различных условиях роста. Содержание органических соединений полифенолов изучались в Malus domestica Borkh, которая произрастает в Восточной Сибири [12]. Изучению элементного состава яблони ягодной посвящена только отдельная работа [13], в которой определены содержания металлов Pb, As, Cd, Hg и Zn в медицинских растениях, в том числе в Malus baccata. Результаты показали, что содержание металлов не превышает допустимые количества и растение можно использовать для восполнения дефицита химических элементов в организме человека. Исходя из предыдущих результатов исследований [14], было выяснено, что почвы из окрестности с. Романово содержат значительное количество Ca, S, Cl, а из местности Бурлаково - Al, Fe. Образцы почв, взятые в местности Курдюмка, богаты содержанием K. Листья яблони ягодной являются концентраторами P, S, Cl, Ca. На основании значений коэффициента биологического поглощения (КБП) установлено, что меньше всего растениями поглощаются Al, Ti, Cr, Mn, Fe, Zr.
Данных по содержанию других химических элементов в других формах яблони ягодной не было обнаружено при обзоре публикаций.
Актуальность исследуемой проблемы обусловлена тем, что проводимые исследования имеют практическую значимость для селекции и интродукции яблони на территории Восточной Сибири. Необходимо отметить, что данные по содержанию почв используются для определения степени поглощения элементов растениями (коэффициент биологического поглощения).
Цель работы: выявление химического состава почв, листьев и плодов в разных формах яблони ягодной, произрастающей на территории Восточной Сибири.
Рис. 1. Места сбора образцов: 1 - Романово, 2 - Бурлаково, 3 - Курдюмка, 4 - Сотниково, 5 - Нюки, 6 - Ошурково, 7 - Мурочи, 8 - Нуртухум, 9, 10 - п. Молодежный (Иркутская область), 11 - 14 - г. Улан-Удэ
Материал и методы исследований
В качестве объектов для исследований были взяты различные формы яблони ягодной (Malus baccata (L.) Borkh.): высокорослые и карликовые формы, яблоня ягодная форма бурая, яблоня ягодная форма вишнеплодная.
Для исследования химического состава органов у различных форм яблони ягодной были взяты плоды и листья в фазе плодоношения из местообитаний на территории Республики Бурятия, в г. Улан-Удэ и Иркутской области, а также почвенные образцы, собранные в естественных и искусственных местах произрастания (рис. 1).
Места сбора образцов с естественных территорий характеризуются отсутствием источников загрязняющих веществ, кроме населенных пунктов Бурлаково и Ошурково (точки 2 и 3 на рис. 1), расположены вдали от автомагистралей. Несколько десятков лет назад эти земли использовались для сельскохозяйственной деятельности, в настоящее время их используют в качестве пастбищ для крупного рогатого скота и сенокосов. С юго-западной стороны от Бурлаково на расстоянии 300-400 метров проложена железная дорога и функционирует автомобильная трасса с интенсивным транспортным потоком. В непосредственной близости от Ошурково (расстояние около 100 метров) проходит транспортная магистраль.
Яблоня ягодная высокорослые формы (M. baccata)
Площадка 1 располагается в низкой террасе долины р. Селенги. Площадки 2 и 6 - надпойменная терраса (на обочине дороги), площадка 3 - прирусловая часть поймы р. Селенга. Место отбора 4 располагается в подгорном шлейфе к долине Селенги. Участок 5 - коренной борт высокой террасы р. Селенга, 7 - на правой надпойменной террасе реки Чикой, в 3 км к востоку от основного русла.
Яблоня ягодная низкорослые (карликовые) формы (M. baccata карлик)
Площадка 8 - на песчаных склонах отрогов Боргойского хребта. Здесь в условиях сильных ветров на привершинной части склонов яблоня переходит в кустарниковый ярус высотой до 1,2 м, встречаются низкие деревца высотой 50 см. Здесь она входит в состав абрикосника с вязом низким и псамофитно-кустарниково-копеечникового разнотравного.
Площадка 9 - искусственные посадки (сеянцы селенгинских экземпляров) в п. Молодежный Иркутского района Иркутской области.
Яблоня ягодная форма бурая (M. baccata subsp.fwsca)
Площадка 10 - искусственные посадки в п. Молодежный Иркутского района Иркутской области.
Яблоня ягодная форма вишнеплодная (M. baccata subsp. cerasifera)
Площадка 10 - искусственные посадки в п. Молодежный Иркутского района Иркутской области.
В почвенном покрове дельты р. Селенги наибольшее распространение имеют аллювиальные луговые и дерновые почвы (площадки 1-3, 5-7), обладающие легким гранулометрическим составом и невысоким уровнем потенциального и эффективного плодородия [15]. На площадке 4 на возвышенных участках (подгорных шлейфах) -серые лесные или дерновые серые лесные почвы [16], 8 - горно-каштановые, мучнисто-карбонатные, глубоко промерзающие на склонах и песчаные мерзлотно-луговые, аллювиально-луговые глубоко промерзающие на ультраосновных осадочных интрузивных горных породах (базальты, габбро). На площадках с 9 по 11 встречаются почвы серые лесные с содержанием гумуса 7%.
Для сравнения были взяты образцы с улиц г. Улан-Удэ (рис. 1), характеризующихся повышенным транспортным потоком и влиянием местообитания человека: площадка 11 - Геологическая, площадка, 12 - Балтахинова, площадка 13 - Смолина (возле главного корпуса Бурятского государственного университета), площадка 14 - Ранжурова (возле гостиницы «Гэсэр»). Почвенно-растительные комплексы на территории г. Улан-Удэ формируются на легких щебенистых пылеватых лёссовидных суглинках, супесях и песках, для которых характерны легкий гранулометрический состав и значительная мощность рыхлых отложений.
Качественный состав и количественное содержание элементов определяли в Иркутском институте геохимии СО РАН методом рентгенофлуоресцентного анализа [17]. Процедура пробоподготовки растений заключалась в измельчении воздушно-сухого материала до размера частиц менее 100 мкм и прессовании излучателя в виде таблетки из 0,5 г растения на подложке из борной кислоты. Почвенные образцы были приготовлены из смеси 2 г почвы с 0,2 г связующего вещества (синтетический воск) с последующим прессованием излучателя на подложке из борной кислоты. Аналитические линии элементов Na, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Ba, Zr и Pb измеряли на спектрометре S4 Pioneer (Bruker AXS, Германия).
Представленные результаты являются средними из двух параллельных определений. Степень накопления элементов растениями определяется коэффициентом биологического поглощения (накопления), т. е. отношением содержания элемента в растении к содержанию этого элемента в почве [18]. Коэффициент биологического поглощения (КБП) рассчитывали по формуле: КБП = Р/П, где Р - содержание химического элемента в растении; П - содержание химического элемента в почве, на которой произрастает данное растение.
Содержание органического углерода определяли по Тюрину мокрым сжиганием [19] (метод Тюрина в модификации ЦИНАО по ГОСТу 26213-91). Вытяжку для определения водородного показателя рН делали, исходя из соотношения почвы и дистиллированной воды 1:5.
Результаты исследований и их обсуждение
Полученные данные мы разделили на 2 группы: собранные с сельской местности (площадки 1-8), с городской местности (площадки 9-14).
Согласно результатам исследований, в собранных почвенных образцах, где произрастали различные формы яблони, больше всего оксидов А1, Si и Fe, поскольку почвы здесь встречаются супесчаные и суглинистые. Также наблюдаются высокие концентрации оксидов щелочных элементов № и К (табл. 1).
Таблица 1
Содержание компонента (элемента) в собранных почвенных образцах
Содержание оксида (элемента) в почве, %, где произрастали формы яблони Кларк в
Компонент M. baccata M baccata M baccata M baccata почве
I II карлик subsp. cerasifera subsp. fusca [20], %
Na2O 2.94±0.02 1.97±0.08 1.16±0.12 1.36±0.05 1.31±0.03 0.78
MgO 1.75±0.01 1.55±0.06 1.63±0.13 1.66±0.14 2.02±0.01 1.31
A12O3 13.29±0.15 12.92±0.49 12.22±0.48 12.59±0.32 13.89±0.33 7.22
SiO2 58.83±2.14 57.96±1.37 46.65±1.73 56.84±1.21 48.82±1.22 61.82
P2O5 0.505±0.001 0.387±0.001 0.596±0.001 1.600±0.13 0.182±0.001 0.275
S 0.101±0.001 0.088±0.0001 0.114±0.001 0.297±0.001 0.019±0.0001 0.120
K2O 3.967±0.02 3.186±0.01 2.011±0.01 2.677±0.01 1.828±0.01 1.614
CaO 4.258±0.01 3.448±0.01 3.143±0.02 5.051±0.19 1.986±0.13 7.526
TiO2 0.660±0.001 0.789±0.001 0.816±0.001 0.941±0.001 0.901±0.001 0.793
MnO 0.061±0.0001 0.081±0.0001 0.118±0.001 0.098±0.0001 0.105±0.001 0.094
Fe2O3 5.656±0.21 7.021±0.42 8.195±0.25 9.671±0.18 9.161±0.17 3.189
С орг. 1.07±0.11 2.78±0.02 5.42±0.21 1.23±0.07 5.54±0.22 5.38
Элемент (мг/кг) (мг/кг)
Cr 45±2.19 43±1.54 80±2.00 123±2.48 128±2.35 80
Ni 19±0.16 21±1.12 49±1.97 75±1.56 43±0.99 33
Cu 26±0.48 18±1.01 35±1.51 32±1.75 48±1.21 39
Zn 121±2.61 69±1.63 123±2.25 86±2.18 390±5.28 158
Rb 92±2.46 83±2.29 68±2.02 81±2.07 74±2.65 58
Sr 381±7.32 365±6.83 246±5.81 229±6.81 209±4.41 458
Zr 179±2.33 157±2.45 183±3.41 256±5.87 156±3.39 255.6
Pb 31±1.46 17±0.89 21±1.00 18±1.01 38±0.89 54.5
Ba 728±7.44 710±6.38 670±4.44 680±4.31 670±4.22 853
Примечание: I - городская среда; II -сельская местность
Из данных табл. 1 видно, что в почвенном образце, взятом из мест произрастания M. baccata subsp. cerasifera, наблюдается наибольшее количество P2O5. Повышенное его содержание связано, скорее всего, с регулярным внесением минеральных удобрений, в частности диаммофоски, так как форма яблони вишнеплодная произрастает в составе искусственных посадок. Места произрастания M. baccata subsp. cerasifera и M. baccata subsp. fusca отличаются повышенными содержаниями Fe2O3 и Cr в сравнении с кларками. Макрокомпонентные составы образцов этих территорий соответствуют особенностям аллювиально-железистых почв, представленных на рассматриваемых участках [21].
Повышенное содержание железа, вероятно, обусловлено его высокой концентрацией в воде из артезианской скважины, которая используется для полива растений. Накопление ионов хрома, как предполагается, связано с кислой реакцией почвы, поскольку хром хорошо поглощается растениями в интервале рН 5,4-6,1 [22]. Возможно, проводились
Таблица 2
Содержание элемента в листьях яблони, мг/кг
Элемент Формы яблони Избыточные содержания [25-26]
M. baccata M. baccata карликовая форма M. baccata subsp. cerasifera M. baccata subsp. fusca
I II
Na 158±2.65 26±1.00 18±0.47 41±1.96 31±1.16 -
Mg 4440±27.02 4420±22.04 2380±26.99 4640±41.02 2160±12.55 >15000
Al 700±11.49 140±2.07 86±3.06 234±3.57 107±3.01 500*
Si 3340±19.63 1690±17.56 477±5.69 1977±17.56 497±8.25 -
P 1830±15.73 2070±17.48 1870±17.81 1520±10.75 1030±13.45 >10000
S 1140±11.45 1030±8.66 1480±7.56 1360±11.44 1380±10.96 >30000
K 9300±190.19 8140±121.39 16100±260.19 7970±133.31 7460±119.29 >60000
Ca 34370±678.76 29790±127.88 15300±260.19 38690±581.87 9060±155.43 >50000
Ti 52±1.97 11±0.58 5±0.20 14±0.49 8±0.25 50-200
Mn 43±1.57 53±1.61 34±1.43 32±1.19 45±1.68 300 - 500
Fe 562±10.07 145±2.31 109±2.18 232±3.27 160±2.49 >500
Cr 1.2±0.02 1±0.01 <1±0.01 <1±0.01 2.6±0.02 5 - 30
Ni 4±0.18 4±0.15 5±0.22 14±0.15 1±0.01 10- 100
Cu 4±0.16 4±0.14 4±0.11 4±0.12 4±0.09 20- 100
Zn 16±0.51 13±0.35 8±0.23 8±0.18 10±0.27 100 - 400
Rb 3±0.01 4±0.13 1±0.01 5±0.22 5±0.20 -
Sr 214±3.61 234±3.55 71±1.63 169±2.51 41±1.02 -
Zr 4±0.11 4±0.15 1.3±0.01 3.1±0.02 0.8±0.001 7,5*
Pb < 3±0.02 3±0.01 < 3±0.01 < 3±0.01 < 3±0.02 5- 10*
Ba 69±2.61 113±2.25 38±2.01 143±2.08 12±0.58 >500
Примечание: I - городская среда; II - сельская местность
какие-то химические обработки от вредителей препаратами, содержащими хром, либо это может быть связано с низким содержанием гумуса [23-24].
В ходе проведенных исследований было определено содержание элементов в листьях и плодах исследуемых растений. Результаты приведены в таблицах 2 и 3.
Образцы листьев Malus baccata высокорослой, собранные в городских условиях, отличаются повышенным содержанием Al, Fe, Sr и Zn, это можно объяснить тем, что в городе много пыли и загазованность от транспортного потока. Увеличенное количество Na и K, вероятнее всего, объясняется внесением удобрений под посадки деревьев, произрастающих в искусственных условиях, а также составом щелочных почв. В то же время при антропогенной нагрузке растение запускает защитные механизмы, ограничивающие поступление нежелательных элементов в организм [27]. Источниками повышенного содержания S и остальных компонентов является пылевая составляющая и выбросы от строительной, цементной и других видов промышленности [28-29].
В плодах яблони ягодной содержится значительное количество эссенциальных элементов [30], как Mg, Al, Si, P, K, Ca, Sr. Общеизвестно, что магний - обязательное составляющее хлорофилла. Он участвует в регуляции распада и превращении углеводов, активизируя ферменты, этим объясняется возрастание его концентрации в плодах. Фосфор способствует повышению зимостойкости растений, ускоряет их развитие и созревание, стимулирует плодоношение, благоприятствует интенсивному нарастанию корневой системы, чем повышает их засухоустойчивость. По полученным данным, кремния больше в листьях, чем в плодах. Это связано с тем, что кремний придает растениям механическую прочность, укрепляет стенки клеток, обеспечивая жесткость различных органов растения. Кроме того, кремний оказывает существенное влияние на рост и развитие растений, повышает урожайность и улучшает качество продукции.
Таблица 3
Содержание элементов в плодах яблони, мг/кг
Элемент Формы яблони Избыточные содержания [25-26]
M. baccata М baccata карликовая форма M. baccata subsp. cerasifera M. baccata subsp. fusca
I II
Na 59±0.55 54±0.51 63±2.31 50±0.44 28±1.34 _
Mg 1840±17.33 1360±12.13 1000±11.11 1120±12,13 500±8.06 >15000
Al 122±2.25 112±2.03 60±1.53 98±1.88 31±1.15 500*
Si 363±6.77 344±5.95 216±3.54 312±6.83 105±2.48 -
P 2630±23.11 2130±19.82 2040±18.66 1950±18.39 830±11.19 >10000
S 1320±12.08 880±13.43 940±15.08 930±14.71 460±7.31 >30000
K 17820±260.12 15990±244.14 15330±233.35 10410±151.11 11500±160.19 >60000
Ca 4750±41.02 4160±39.95 2440±27.02 3930±29.79 760±11.15 >50000
Ti 5±0.23 6±0.24 1±0.01 7±0.29 2±0.01 50-200
Mn 16±0.15 13±0.11 13±0.13 14±0.42 8±0.25 300 - 500
Fe 74±2.01 57±1.15 45±1.35 85±2.47 36±1.33 >500
Cr 1.6±0.01 1.6±0.01 1±0.01 < 1±0.01 1.7±0.01 5 - 30
Ni 1.5±0.01 1.2±0.01 < 1±0.01 < 1±0.01 < 1±0.01 10- 100
Cu 5±0.22 6±0.25 4±0.19 6±0.20 3±0.02 20- 100
Zn 12±0.49 9±0.26 6±0.23 10±0.27 3±0.01 100 - 400
Rb 6±0.23 16±0.51 2±0.02 14±0.45 7±0.21 -
Sr 28±0.47 33±1.12 19±0.34 21±1.73 9±0.22 -
Zr < 1±0.01 < 1±0.01 < 1±0.01 < 1±0.01 < 1±0.01 7,5*
Pb < 3±0.02 < 3±0.01 < 3±0.01 < 3±0.02 < 3±0.02 5- 10*
Ba 8±0.25 25±0.51 6±0.23 13±0.15 < 3±0.02 >500
Примечание: I - городская среда; II - сельская местность
Калий - один из немногих элементов питания, который необходим плодовым растениям в большом количестве в любой период развития, особенно в период плодоношения. Кальция больше в листьях. По литературным источникам, кальций и магний составляют основу пектина срединных клеток, так как они образуют соединения с пектиновой кислотой. Кальций способствует целостности клеточных мембран и водоудерживающей способности протоплазмы. Кроме того, он участвует в строительстве клеточной ткани растений [2, 6]. При сравнении содержаний элементов в плодах яблони с избыточными или токсичными концентрациями, обобщенными из литературы (последний столбец табл. 3), превышения не обнаружены. Таким образом, несмотря на наличие в растении металлов, которые относятся к потенциально токсичным элементам, их содержание ниже опасных уровней, поэтому данные виды могут быть рекомендованы для пищевого и лечебного применения. Для сравнения степени поглощения элементов разными формами были рассчитаны коэффициенты биологического поглощения (КБП), представленные на рисунках 2-5.
Из рис. 2 видно, что наибольший коэффициент биологического поглощения серы и фосфора листьями наблюдается у бурой формы яблони. Также достаточно много в листьях калия. Одним из источников поступления серы являются минеральные удобрения (например, простой суперфосфат или сульфат аммония), когда в почву поступает значительное количество серы, вполне достаточное для нормального роста и развития растений. Основной питательной средой и источником поступления других элементов служит, прежде всего, почва (табл. 1).
Из рис. 3 видно, что яблоня вишнеплодная, а также яблоня ягодная, произрастающие в городских и сельских местах, активно поглощают из почвы
ОМ. Ьас. II
□ М. Ьас. subsp.fi.jsca ■ М.Ьас. dwarf
Э Са Мд Р К
Рис. 2. Распределение КБП элементов из почвы листьями яблони разных форм
Рис. 3. Распределение КБП элементов из почвы листьями яблони разных форм
листьями S, Ca, Mg, P, К, №, Cu, 2п, Sr и Pb. Большая часть этих элементов является эссенциальными, они выполняют различные физиологические функции в организме. Стронций и кальций участвуют в строительстве клеточной стенки, увеличивая прочность растительных тканей и способствуя повышению выносливости растений. Общеизвестно, что магний входит в состав хлорофилла, фитина, пектиновых веществ; содержится он в растениях и в минеральной форме. Кальций влияет на обмен углеводов и белковых веществ, а также на обеспечение нормальных условий развития корневой системы растений. Потребность в кальции проявляется в самые ранние сроки развития: отсутствие кальция подавляет мобилизацию запасных питательных веществ (крахмала, белков) и превращение их в более простые соединения, что может привести к гибели растения. Цинк активирует действие ферментов, входит в состав ферментативных систем, участвующих в дыхании, синтезе белков и ауксинов, повышает тепло-, засухо- и холодостойкость растений, играет важную роль в регулировании процессов роста.
Форма яблони ягодной бурая накапливает в плодах фосфор, серу, рубидий и калий, однако, в отличие от других форм, в ней меньше всего Mg, Са, 2п, Си, Sr и РЬ (рис. 4).
Рис. 4. Распределение КБП элементов из почвы плодами яблони у разных форм
Рис. 5. Распределение КБП элементов из почвы плодами яблони
Также общеизвестно, что фосфор очень важен в развитии плодовых растений. Он входит в состав протоплазмы и клеточного ядра, играет большую роль в иммунитете растений и сохранении материнских признаков у потомства, также накапливается в семенах и служит резервом при его прорастании. Он способствует равномерному плодоношению и ускоренному росту [4].
Анализ рис. 5 показал, что наибольшее поглощение Mg, Ca, Zn наблюдается плодами яблони ягодной высокорослой, произрастающей в городской местности в сравнении с другими формами. Можно предположить, для того чтобы обеспечить нормальное развитие растения, потребность яблони в эссенциальных элементах в условиях произрастания на урбанизированной территории возрастает. Относительно рубидия высокий КПБ отмечается у высокорослой яблони из сельской местности, произрастающей вблизи дорог, а также у вишнеплодной формы. Возможно, это отклик растения на поступление тяжелых металлов из выхлопных газов, ведь Zn, Sr и Pb, как видно, имеют тенденцию накапливаться плодами.
Выводы
1. В почвенных образцах, где произрастали формы яблони, больше всего оксидов Al, Si и Fe, поскольку почвы здесь встречаются супесчаные и суглинистые с высокими концентрациями оксидов щелочных элементов Na и K.
2. Образцы листьев Malus baccata высокорослой, собранные в городских условиях,
отличаются повышенным содержанием Al, Fe, Sr и Zn, что объясняется влиянием пылевой составляющей и транспортным потоком.
3. Форма яблони вишнеплодная, а также яблоня ягодная, произрастающие в городских и сельских местах, активно поглощают из почвы листьями S, Ca, Mg, P, K, Ni, Cu, Zn, Sr и Pb.
4. Форма яблони ягодной бурая меньше всего содержит Mg, Ca, Zn, Cu, Sr и Pb.
Заключение
Впервые определено содержание эссенциальных и потенциально токсичных элементов в почвах и образцах разных форм яблони ягодной (Malus baccata (L.) Borkh.), собранных на территории Восточной Сибири. Изучено распределение макро- и микроэлементов в вегетативных и генеративных органах растения. Установлены коэффициенты биологического поглощения элементов из почвы плодами и листьями яблони ягодной.
Выяснено, что по химическому составу почвы соответствуют супесчаным и суглинистым с высоким содержанием щелочных металлов и железа. Сравнение составов почвенных образцов, отобранных с урбанизированных и природных территорий, показало, что в городской агломерации содержание оксидов большинства основных элементов, а также микроэлементов превышает показатели природных ландшафтов.
Составы яблони ягодной разных форм отличаются содержанием как эссенциальных, так и потенциально токсичных элементов. Это обусловлено условиями произрастания растений в естественной и искусственно созданной средах, в том числе составом почв, на которых они произрастают, и влиянием деятельности человека.
Перспективы и дальнейшие направления работы заключаются в выявлении перспективных форм яблони ягодной, которые пополнят в дальнейшем сортимент возделываемых культур в Байкальском регионе и будут способствовать решению важной проблемы по обеспечению населения экологически чистыми поливитаминными продуктами питания собственного производства.
Л и т е р а т у р а
1. Витковский В. Л. Плодовые растения мира. - СПб.: Изд-во «Лань», 2003. - 592 с.
2. Шретер А. И. Лекарственная флора Советского Дальнего Востока. - М.: Медицина, 1975. - 328 с.
3. Савельев Н. И., Юшков А. Н., Акимов М. Ю. и др. Биохимический состав и антиоксидантная активность плодов яблони // Вестник МичГАУ. - 2010. - №2. - С. 12-15.
4. Исаев Ю. А. Лечение микроэлементами, металлами и минералами. - Киев: Здоровье, 1992.
- 118 с.
5. Дудниченко Л. Г., Кривенко В. В. Плодовые и ягодные растения-целители. - Киев: Наукова Думка, 1987. - 112 с.
6. Петрова В. П. Биохимия дикорастущих плодово-ягодных растений. - Киев: Вища школа, 1986.
- 286 с.
7. Телятьев В. В. Полезные растения Восточной Сибири. - Иркутск: Вост.-Сиб. кн. изд-во, 1985.
- 384 с.
8. Турова А. Д., Сапожникова Э. Н. О пользе яблок // Наука и жизнь. - 1988. № 8. - С. 64-67.
9. Kumar Ch., Singh S. K., Pramanick K. K. et al. Morphological and biochemical diversity among the Malus species including indigenous Himalayan wild apples // Scientia Horticulturae. 2018. V. 233. P. 204-219.
10. Su H., Ma H., Lyu D. Effects of calcium on mitochondrial function and antioxidant defense in roots of apple rootstock (Malus baccata Borkh.) under rapid changes in temperature // Research journal of biotechnology. 2016. V. 11, Is. 3. P. 55-63.
11. Rudikovskii A. V., Dudareva L. V., Stolbikova A. V. et. al. Effect of growth conditions on lipid and fatty acid composition of dwarf and tall forms of Siberian crabapple (Malus baccata L.) // Contemporary problems of ecology. 2013. V. 6, Is. 4. P. 434-440.
12. Rudikovskaya E. G., Dudareva L. V., Shishparenok A. A .et al. Pecularities of polyphenolic profile of
fruits of Siberian crab apple and its hybrids with Malus x Domestica Borkh // Acta physiologiae plantarum. 2015. V. 37, Is. 11. P. 238.
13. Begum H. A., Hamayun M., Zaman Kh et al. Heavy metal analysis in frequently consumable medicinal plants of Khyber Paktunkhwa, Pakistan // Pakistan journal of botany. 2017. V. 49, Is. 3. P. 1155-1160.
14. Баханова М. В., Анцупова Т. П. Химический состав плодов яблони ягодной (Malus baccata (L.) Borkh) в условиях Бурятии //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2017.
- Т. 19. № 2 (3). - С. 416-419.
15. Убугунова В. И., Убугунов Л. Л., Корсунов В. М., Балабко П. Н. Аллювиальные почвы речных долин бассейна Селенги. - Улан-Удэ: БНЦ СО РАН, 1998. - 254 с.
16. Цыбжитов Ц. Х., Ходоева С. О., Цыбикдоржиев Ц. Ц. Пойменные почвы дельты р. Селенги // Наука и преподавание дисциплин естественно-научного цикла в образовательных учреждениях: материалы региональной науч.-практ. конф. - Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2002. - С. 26.
17. Чупарина Е. В., Мартынов А. М. Применение недеструктивного РФА для определения элементного состава лекарственных растений // Журнал аналитической химии. - 2011. Т. 66, №4.
- С. 399-405.
18. Ловкова М. Я., Рабинович А. М., Пономарева С. М. и др. Почему растения лечат. - М.: Наука, 1989. 256 с.
19. Аринушкина Е. В. Руководство по химическому анализу почв. - М.: Изд-во МГУ, 1970. - 488 с.
20. Алексеенко В. А., Алексеенко А. В. Химические элементы в геохимических системах. Кларки почв селитебных ландшафтов. - Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2013. - 388 с.
21. Самофалова И. А. Химический состав почв и почвообразующих пород: учебное пособие. -Пермь: ФГОУ ВПО Пермская ГСХА, 2009. - 132 с.
22. Виноградова С. С. Буферная емкость почв как их способность к подщелачиванию // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. - 2013. Вып. 1. - С. 102-109.
23. Бессонова В. П., Иванченко О. Е. Накопление хрома в растениях и его токсичность // Питання бюгндикацп та екологп. - 2011. № 16-2. - С. 35-52.
24. Второва В. Н., Холопова Л. Б. Концентрации химических элементов в растениях и почве и оценка состояния лесных экосистем // Лесоведение. - 2009. - № 1. - С. 11-17.
25. Ильин В. Б., Сысо А. И. Микроэлементы и тяжелые металлы в почвах и растениях Новосибирской области. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. - 229 с.
26. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. - М.: Мир, 1989. - 439 с.
27. Церлинг В. В. Агрохимические основы диагностики питания сельскохозяйственных культур. -М.: Наука. 1978. - 216 с.
28. Литвенкова И. А. Экология городской среды: урбоэкология. Курс лекций. - Витебск:УО «ВГУ им. П.М. Машерова», 2005. - 163 с.
29. Неверова О. А. Применение фитоиндикации в оценке загрязнения окружающей среды // Биосфера. - 2009. Т. 1. № 1. - С. 82-92.
30. Markert B. The biological system of the elements (BSE) for terrestrial plants (glycophytes) // The science of the total environment. 1994. V. 155. P. 221-228.
R e f e r e n c e s
1. Vitkovskij V. L. Plodovye rasteniya mira. - SPb.: Izd-vo «Lan'», 2003. - 592 s.
2. SHreter A. I. Lekarstvennaya flora Sovetskogo Dal'nego Vostoka. - M.: Medicina, 1975. - 328 s.
3. Savel'ev N. I., YUshkov A. N., Akimov M. YU. i dr. Biohimicheskij sostav i antioksidantnaya aktivnost' plodov yabloni // Vestnik MichGAU. - 2010. - №2. - S. 12-15.
4. Isaev Yu. A. Lechenie mikroehlementami, metallami i mineralami. - Kiev: Zdorov'e, 1992. - 118 s.
5. Dudnichenko L. G., Krivenko V. V. Plodovye i yagodnye rasteniya-celiteli. - Kiev: Naukova Dumka, 1987. - 112 s.
6. Petrova V. P. Biohimiya dikorastushchih plodovo-yagodnyh rastenij. - Kiev: Vishcha shkola, 1986. -286 s.
7. Telyat'ev V. V. Poleznye rasteniya Vostochnoj Sibiri. - Irkutsk: Vost.-Sib. kn. izd-vo, 1985. - 384 s.
8. Turova A. D, Sapozhnikova EH. N. O pol'ze yablok // Nauka i zhizn'. - 1988. № 8. - S. 64-67.
9. Kumar Ch., Singh S.K., Pramanick K.K. et al. Morphological and biochemical diversity among the Malus species including indigenous Himalayan wild apples // Scientia Horticulturae. 2018. V. 233. P. 204-219.
10. Su H., Ma H., Lyu D. Effects of calcium on mitochondrial function and antioxidant defense in roots of apple rootstock (Malus baccata Borkh.) under rapid changes in temperature // Research journal of biotechnology. 2016. V. 11, Is. 3. P. 55-63.
11. Rudikovskii A.V., Dudareva L.V., Stolbikova A.V. et. al. Effect of growth conditions on lipid and fatty acid composition of dwarf and tall forms of Siberian crabapple (Malus baccata L.) // Contemporary problems of ecology. 2013. V. 6, Is. 4. P. 434-440.
12. Rudikovskaya E.G., Dudareva L.V., Shishparenok A.A .et al. Pecularities of polyphenolic profile of fruits of Siberian crab apple and its hybrids with Malus x Domestica Borkh // Acta physiologiae plantarum. 2015. V. 37, Is. 11. P. 238.
13. Begum H. A., Hamayun M., Zaman Kh et al. Heavy metal analysis in frequently consumable medicinal plants of Khyber Paktunkhwa, Pakistan // Pakistan journal of botany. 2017. V. 49, Is. 3. P. 1155-1160.
14. Bahanova M. V., Ancupova T. P. Himicheskij sostav plodov yabloni yagodnoj (Malus baccata (L.) Borkh) v usloviyah Buryatii //Izvestiya Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2017.
- T. 19. № 2 (3). - S. 416-419.
15. Ubugunova V. I., Ubugunov L. L., Korsunov V. M., Balabko P. N. Allyuvial'nye pochvy rechnyh dolin bassejna Selengi. - Ulan-Udeh: BNC SO RAN, 1998. - 254 s.
16. Cybzhitov C. H., Hodoeva S. O., Cybikdorzhiev C. C. Pojmennye pochvy del'ty r. Selengi // Nauka i prepodavanie disciplin estestvenno-nauchnogo cikla v obrazovatel'nyh uchrezhdeniyah: materialy regional'noj nauch.-prakt. konf. - Ulan-Udeh: Izd-vo BGU, 2002. - S. 26.
17. Chuparina E. V., Martynov A. M. Primenenie nedestruktivnogo RFA dlya opredeleniya ehlementnogo sostava lekarstvennyh rastenij // Zhurnal analiticheskoj himii. - 2011. T. 66, №4. - S. 399-405.
18. Lovkova M. Ya., Rabinovich A. M., Ponomareva S. M. i dr. Pochemu rasteniya lechat. - M.: Nauka, 1989. 256 s.
19. Arinushkina E. V. Rukovodstvo po himicheskomu analizu pochv. - M.: Izd-vo MGU, 1970. - 488 s.
20. Alekseenko V. A., Alekseenko A. V. Himicheskie ehlementy v geohimicheskih sistemah. Klarki pochv selitebnyh landshaftov. - Rostov n/D: Izd-vo YUFU, 2013. - 388 s.
21. Samofalova I. A. Himicheskij sostav pochv i pochvoobrazuyushchih porod: uchebnoe posobie.
- Perm': FGOU VPO Permskaya GSKHA, 2009. - 132 s.
22. Vinogradova S. S. Bufernaya emkost' pochv kak ih sposobnost' k podshchelachivaniyu // Vestnik Baltijskogo federal'nogo universiteta im. I. Kanta. - 2013. Vyp. 1. - S. 102-109.
23. Bessonova V. P., Ivanchenko O. E. Nakoplenie hroma v rasteniyah i ego toksichnost' // Pitannya bioindikacii ta ekologii. - 2011. № 16-2 . - S. 35-52.
24. Vtorova V. N., Holopova L. B. Koncentracii himicheskih ehlementov v rasteniyah i pochve i ocenka sostoyaniya lesnyh ehkosistem // Lesovedenie. - 2009. - № 1. - S. 11-17.
25. Il'in V. B., Syso A. I. Mikroehlementy i tyazhelye metally v pochvah i rasteniyah Novosibirskoj oblasti. - Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2001. - 229 s.
26. Kabata-Pendias A., Pendias H. Mikroehlementy v pochvah i rasteniyah. - M.: Mir, 1989. - 439 s.
27. Cerling V. V. Agrohimicheskie osnovy diagnostiki pitaniya sel'skohozyajstvennyh kul'tur. - M.: Nauka. 1978. - 216 s.
28. Litvenkova I. A. Ehkologiya gorodskoj sredy: urboehkologiya. Kurs lekcij. - Vitebsk:UO «VGU im. P.M. Masherova», 2005. - 163 s.
29. Neverova O. A. Primenenie fitoindikacii v ocenke zagryazneniya okruzhayushchej sredy // Biosfera.
- 2009. T. 1. № 1. - S. 82-92.
30. Markert B. The biological system of the elements (BSE) for terrestrial plants (glycophytes) // The science of the total environment. 1994. V. 155. P. 221-228.
