CC BY
119
Оценка реакции растений-фиторемедиантов, произрастающих на территории нефтешламового амбара, по эколого-физиологическим показателям
Н.А. Киреева, д.б.н., профессор,
А.С. Григориади, к.б.н, Башкирский ГУ
В результате активной деятельности предприятий нефтедобывающей промышленности образуется большое количество отходов. Нефтяные шламы — это сложные физико-химические смеси, которые состоят из нефтепродуктов, механических примесей (глины, окислов металлов, песка) и воды. Они образуются при проведении таких производственных процессов, как переработка, добыча и транспортировка нефти. Данный тип отходов представляет большую опасность для окружающей среды и подлежит захоронению или переработке.
Нефтешламы накапливаются в специальных отстойных прудах, амбарах, ёмкостях. В настоящее время технологии переработки нефти совершенствуются и, двигаясь по пути экологизации нефтеперерабатывающей промышленности, часть амбаров ликвидируется. Восстановление таких нарушенных территорий — длительный и многостадийный процесс. Среди используемых методов важное место занимает фиторемедиация. Для проведения работ в этом направлении необходим подбор растений, устойчивых к нефтяному стрессу. В условиях ликвидации нефтешламового амбара ситуация осложняется, во-первых, многокомпонентностью состава нефтешламов, во-вторых, длительностью хранения отходов и, в-третьих, высоким содержанием полици-
клических и полиароматических соединений, обладающих канцерогенными и мутагенными свойствами [1].
Целью данной работы была оценка реакции растений Tagetes егес1а Ь., как потенциальных фиторемедиантов, произрастающих на территории нефтешламового амбара, по экологофизиологическим показателям.
Методика исследований. В качестве объекта исследования использовались растения бархатцев прямостоячих (Tagetes еге^а Ь.). Рассаду опытных растений в возрасте 30 суток высаживали на территорию нефтешламового амбара. Предварительно оценили содержание остаточных углеводородов [2] на делянках, предназначенных для высадки растений-фиторемедиантов. Было выделено три участка с разной концентрацией поллютанта: № 2 — 2,7 мг/г почвы, № 3 - 4,9 мг/г почвы, № 4 — 12,7 мг/г почвы. В качестве контроля использовали почву, отобранную на расстоянии 500 м от места размещения амбара (участок № 1). В качестве эколого-физиологических параметров оценки устойчивости растений-фиторемедиантов выбрали содержание в их листьях пигментов (хлорофилла а и б, каториноидов, флавоноидов).
Оптические характеристики экстрактов пигментов регистрировали с помощью прибора ЦУ-2401 РС ЯЫтасЬи. Содержание хлорофиллов определяли в ацетоновом экстракте по формуле [3]:
Хл а (мг/л) = (11,93 ' (Аб64 А?5о) 1,93 ' (Аб47 А?5о))У ,
V
Хл б (мг/л) = (20,36 • (Аб47 - А75о) - 5,5 • (А<664 - ^75о))у
V
где V = объём экстракта (мл);
V = объём (л) пробы. Численность ризо-сферных микроорганизмов определяли по общепринятой методике посева почвенной суспензии на твёрдые агаризованые и жидкие питательные среды [4].
Результаты исследований. Важными экологофизиологическими параметрами оценки влияния нефтяного загрязнения на рост и развитие растений являются изменения в фотосинтетическом аппарате, в частности содержание хлорофилла в листьях растения. Сравнение спектральных характеристик экстрактов из листьев бархатцев показало наличие различия между интактными и экспериментальными растениями, причём в первую очередь изменились коротковолновые характеристики пигментов в области 410—450 нм.
Через 30 суток воздействия наблюдалось увеличение концентрации хлорофилла а во
12 -г---------------------------
всех пробах (рис. 1). Максимальное содержание хлорофилла отмечалось при концентрации нефтяных углеводородов 4,9 мг/г почвы. В дальнейшем тенденция кардинально изменялась — с увеличением содержания поллютанта в почве снижалось содержание хлорофилла а и б, однако суммарное количество пигментов превышало значения, полученные в начале исследования. Это свидетельствует о том, что растения вегетируют и присутствующие в почве нефтяные углеводороды не приводят к снижению накопления биомассы растений.
Бархатцы, произрастающие на участке № 2, характеризовались высоким содержанием фла-воноидов. Активизация синтеза флавоноидов является неспецифической реакцией растения на повреждение [5].
Следует отметить, что на протяжении всего эксперимента сохранялось повышенное содержание каротиноидов, максимум светопогло-щения которых отмечен при 450 нм (лютеин). Известно, что лютеин — ведущий каротиноид бархатцев, поглощающий свет в дипазоне 496,5 и 476,5 нм [6] и выполняющий функцию защиты фотосинтетического аппарата от повреждения. Наиболее высокое содержание каротиноидов,
в участок N31 аучасток№2 в участок N93 □участок N64
Рис. 1 - Изменения содержания хлорофилла а и б в листьях ТаЕв1вэ вгвСа, произрастающих на нефтешламовом амбаре
□ участок №1 :: участок№2 = участок №3 □ участок №4
Рис. 2 - Динамика численности УОМ под посевами ТаЕв1вэ вгвСа, произрастающих на участках амбара с разной степенью загрязнения
представленных предположительно лютеином, отмечено при воздействии 4,9 мг/г нефтепродуктов.
Растение, как потенциальный фиторемедиант, должно обладать не только устойчивостью к стрессовым условиям, но и активно участвовать в деградации углеводородов, например за счёт деятельности ризосферной микробиоты.
Анализ результатов исследований показал, что в присутствии бархатцев в почве происходило постепенное увеличение численности углеводородокисляющих микроорганизмов (УОМ). Было установлено, что численность УОМ в ризосфере растений, произрастающих на участках № 3 и 4 (что соответствует средней и сильной степени загрязнения), увеличивалась в 4 раза к 60-м суткам (рис. 2). По сравнению с численностью УОМ в ризосфере растений, произрастающих на контрольном участке № 1, к этому времени показатель в загрязнённых образцах вырос в 15 раз. Столь интенсивные микробиологические процессы в прикорневой зоне могут являться непосредственным доказательством протекания процессов ризодеградации нефтяных углеводородов.
Выводы. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что растения Tagetes erecta оказались устойчивыми к условиям загрязнения нефтешламом. Это проявилось в отсутствии задержки развития растений, высоком содержании хлорофилла в листьях, увеличении содержания каротиноидов, обеспечивающих защиту фотосинтетического аппарата. В то же время в ризосфере растений активно протекали процессы деградации углеводородов. Таким образом, бархатцы могут быть успешно использованы для фиторекультивации нефтешламовых амбаров.
Литература
1. Иларионов С.А. Экологические аспекты восстановления нефтезагрязнённых почв. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 194 с.
2. Me Gill W.W., Rowell M.J. Determination of oil content of oil contaminated soil// Sci. Tot. Environ. 1980. V. 14(3). P. 245-253.
3. Jeffrey S.W., Humphrey G.R. Newspectrophotometric equations for determining chlorophylls a, b, C[ and c2 in higher plants, algae and natural phytoplankton // Biochem. Physiol. Pflanzen Bd. 1975. V. 167. P.'191-194.
4. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под. ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991. 304 с.
5. Yamasaki Н., Sakiliama Y., Ikehara N. Flavonoid-peroxidase reaction as a detoxification mechanism of plant cells against H202. // Plant Physiol. 1997. V. 1. P. 1405-1412.
6. Hadden W.L., Watkins R.H., Levy L.W Carotenoid composition of marigold (Tagetes erecta) flower extract used as nutritional supplement // J-Agric-Food-Chem. 1999. V. 47(10). P. 4189-4194.
