Оценка токсичности свинца для газонных трав Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 574.2

ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ СВИНЦА ДЛЯ ГАЗОННЫХ ТРАВ © 2018 Е. А. Гладков1, О. Н. Гладкова2

'канд. биол. наук, старший научный сотрудник группы специализированного метаболизма корней Института физиологии растений Российской Академии Наук; доцент кафедры нано-, био-, инфо- и когнитивных технологий

Московского физико-технического института (государственный университет)

e-mail: [email protected] 2ранее работала старшим преподавателем Московского государственного университета инженерной экологии

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН

Несмотря на то, что свинец обладает высокой степенью токсичности для человека, токсичность его для растений не так значительна. Устойчивость растений к избытку свинца существенно различается. Целью работы является оценка токсичности свинца для растений и каллусов газонных трав. Свинец продемонстрировал невысокую степень токсичности, однако, учитывая мозаичность степени загрязнения почв городских экосистем, свинец может являться ограничивающим фактором при использовании этой газонной травы в городском озеленении.

Ключевые слова: свинец, газонные травы, каллус, токсичность

Главные источники загрязнения почв свинцом - автотранспорт и цветная металлургия (среди общих выбросов - производство железа, стали, ферросплавов) [3; 2], а также предприятия черной металлургии [1]. Свинец также содержится в запыленных газах отражательной плавки медного (содержащего свинец) сырья.

Благодаря атмосферным потокам свинец, находящийся в дыме и пыли, может переноситься на значительные расстояния, существенно расширяя ареал загрязнения. Высоким содержанием свинца отличаются осадки городских сточных вод [12].

Основные источники свинца в городских экосистемах - газообразные выбросы и пыль из-за движения автотранспорта и работы промышленных предприятий. Накопление наибольшего количества валовых и подвижных форм свинца в почве обнаружено при удалении на 5-10 м от автомагистрали независимо от объема грузопотока [9].

В сельской местности один из источников свинца - удобрения: в составе фосфорных удобрений отмечено содержание свинца [3].

Свинец не является жизненно необходимым элементом для растений. Он относится к элементам, функциональная роль которых в настоящее время неизвестна [11].

Избыток свинца в растениях ингибирует митоз, дыхание и фотосинтез [13].

Несмотря на то что свинец обладает высокой степенью токсичности для человека, токсичность его для растений не так значительна. Чувствительность растений к избытку свинца существенно различается. Высокой устойчивостью к свинцу отличается кукуруза [10], зерновые (особенно овес) [8].

Зерновые злаки (овес, ячмень) обладают большей устойчивостью к действию высоких концентраций свинца, чем зернобобовые. У первых отмечали снижение

урожайности на 10 % при концентрации свинца 1000 мг/кг, у вторых -при концентрации 500 мг/кг [8].

Ионы свинца могут повышать чувствительность растений к экологическим факторам, например, при малых концентрациях подавляется рост проростков и уменьшается область толерантности к температуре [7].

Поскольку свинец является одним из приоритетных загрязнителей городских экосистем [6], важное значение приобретает оценка степени устойчивости городских растений к этому тяжелому металлу.

Целью работы является оценка токсичности свинца для растений и каллусов газонных трав на примере газонной травы полевицы побегоносной.

Основной объект исследования - газонная трава полевица побегоносная (Agrostis stolonifera Ь). Это многолетний низовой короткокорневищный злак, который имеет укореняющиеся надземные побеги. Данное растение имеет ряд преимуществ: вегетативное размножение за короткий срок, отсутствие необходимости частой стрижки, теневыносливость, возможность создания газона разного назначения только из полевицы побегоносной.

Оценку фитотоксичности свинца проводили в водных растворах токсикантов.

Была использована соль свинца Pb(NOз)2 (все концентрации в растворах соединений, во всех случаях указаны концентрации металла).

Для получения каллусов семена полевицы побегоносной стерилизовали этанолом в течение 1 минуты, затем коммерческим отбеливателем «Белизна» в течение 15 минут, после чего 3 раза промывали стерильной дистиллированной водой. Семена изолировали в асептических условиях и помещали в чашки Петри на агаризованную питательную среду. Простерилизованные семена раскладывали в чашки Петри на поверхность агаризованной среды (по 30 семян на чашку) и культивировали при температуре 26 C и влажности 70% на свету интенсивностью 2000 лк при длине светового дня 16 часов.

Первичный каллус получали из семян полевицы побегоносной на модифицированной агаризованной среде Мурасиге-Скуга (МС) с добавлением 3 мг/л 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д), содержание сахарозы составляло 30 г/л, гидролизата казеина - 500 мг/л, агар-агара - 7 г/л.

Регенерацию растений проводили на модифицированной среде МС без гормонов.

Для оценки фитотоксичности свинца в питательную среду добавляли РЬ (N03)2. Определение чувствительности каллусных культур к свинцу проводили по морфогенной способности (морфогенными считали каллусы с зелеными почками).

Свинец продемонстрировал невысокую степень токсичности в водных растворах. Ингибирующие действие на рост побегов проявлялось при концентрации 650 мг/л (рис.).

Уменьшение роста побегов в почвенных условиях у полевицы побегоносной наблюдалось при 650 мг/кг, эта концентрация сопоставима с наиболее высоким уровнем загрязнения почвенного покрова Москвы.

Невысокая фитотоксичность свинца связана с его низкой доступностью по сравнению с другими металлами.

Гладков Е. А., Гладкова О. Н. Оценка токсичности свинца для газонных трав

Влияние ионов свинца на рост побегов полевицы побегоносной в водных растворах через 14 дней (% по отношению к контролю)

Также было оценено влияние свинца на каллусы Л^озИз stolonifera.

Большой практический интерес для экологической и сельскохозяйственной фитобиотехнологии представляет оценка влияния свинца на способность каллусов к морфогенезу [4].

Способность культивируемых тканей к регенерации растений зависит от многих факторов, среди которых:

й вид и сорт растения; й состав питательной среды;

условия культивирования и другие факторы.

Большой способностью к морфогенезу обладают первичные каллусы.

Регенерационная способность каллусных тканей существенно снижалась только при относительно высоком содержании свинца. Концентрации 1200 мг/л свинца была летальной (табл.). При концентрации 650 мг/л свинца доля каллусов, способных к морфогенезу, в зависимости от продолжительности культивирования составляла 5161%. Чувствительность каллусов на стадии морфогенеза к свинцу относительно сопоставима со стадией культивирования, где оценивался прирост каллусов, что характерно и для некоторых других тяжелых металлов [5; 14].

Влияние свинца на регенерационную способность каллуса (% от контроля)

Концентрация свинца, мг/л % образования морфогенного каллуса

650 51+ 4,1

950 33+ 2,8

1200 0

Таким образом, каллусные ткани продемонстрировали относительно высокую устойчивость к свинцу, как и растения. Следовательно, степень устойчивости каллусов и растений Лgrostis stolonifera к свинцу относительно сопоставимы.

Свинец токсичен для газонной травы Agrostis stolonifera в концентрациях выше ПДК и ОДК. Однако, с учетом мозаичности степени загрязнения почв городских экосистем, свинец может являться ограничивающим фактором при использовании этой газонной травы в городском озеленении.

Библиографический список

1. Большина Е.П. Экология металлургического производства: курс лекций. Новотроицк, 2012. 156 с.

2. Васильев А.А.,Чащин А.Н. Тяжелые металлы в почвах города Чусового: оценка и диагностика загрязнения. Пермь: ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2011. 197 с.

3. Водяницкий, Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН, 2008. 164 с.

4. Гладков Е.А. Биотехнологические методы получения растений с устойчивостью к кадмию и свинцу // Сельскохозяйственная биология. 2008. № 3. С. 71-76.

5. Гладков Е.А., Долгих Ю.И., Гладкова О.В. Использование клеточной селекции для получения толерантных к тяжелым металлам газонных трав // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. № 4. С. 1258-1262.

6. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2016 году». М.: Минприроды России; НИА-Природа. 2017. 760 с

7. Духовский П., Юкнис Р., Бразайтите А., Жукаускайте И. Реакция растений на комплексное воздействие природных и антропогенных стрессоров // Физиология растений. 2003. Т. 50. № 2. С. 165-173.

8. Казнина Н.М. Влияние свинца и кадмия на рост, развитие и некоторые другие физиологические процессы однолетних злаков (ранние этапы онтогенеза): автореф. дис. ... канд. биол. наук. Петрозаводск, 2003. 23 с.

9. Ляшенко Г.М. Загрязнение почв и растений свинцом в придорожных агроценозах чернозема обыкновенного Приазовской зоны Ростовской области: дис. ... канд. с.-х. наук. П. Персиановский, 2007. 160 стр.

10. Покровская С.Ф. Регулирование поведения свинца и кадмия в системе почва-растение. M.: Наука, ВНИИТЭИагропром, 1995. 52 с.

11. Титов А.Ф., Таланова В.В., Казнина Н.М., Лайдинен Г. Ф. Устойчивость растений к тяжелым металлам. Петрозаводск. Изд. Карельского научного центра РАН. 2007. 169 с.

12. Савич В.И., Парахин Н.В., Сычев В.Г., Степанова Л., Лобков В.Т., Амергужин Х.А., Щербаков А.Ю., Романчик Е.А. Почвенная экология / Орел ГАУ. 2002. 546 с.

13. Ягодин Б.А. Тяжелые металлы и здоровье человека // Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 4. С. 18-20.

14. Gladkov E.A., Dolgikh Y.I, Gladkova O.V. Increasing ecological valence plants to lead // Ecology, Environment and Conservation. India. Enviro Media, 2016. №1. Р. 437-440.